Поверочный расчёт пластинчатого теплообменника Выбор пластинчатого теплообменника

Поскольку давление пара в теплообменнике превышает 1,0 МПа, а температура превышает 180°С (давление пара 1,255 МПа, температура пара 190,1°С), то паровое пространство пластинчатого теплообменника невозможно герметизировать специальными прокладками, пластины следует соединить сваркой. Хладагент находится под атмосферным давлением, а его температура не превышает 180°С, следовательно, его пространство может быть герметизировано уплотняющими прокладками из термостойкой резины. Таким образом, следует использовать полуразборный пластинчатый теплообменник. В [9, с. 63, табл. 2.13] полуразборные пластинчатые теплообменники представлены аппаратами с пластинами площадью 0,5 м².

Выберем из [9, с. 63, табл. 2.13] полуразборный пластинчатый теплообменник с площадью поверхности теплопередачи, превышающей ориентировочное значение не менее чем на 10%, но не более чем на 30%, то есть, лежащей в интервале от до .

В данном интервале находится площадь только одного полуразборного теплообменника:

Площадь пластины f, м2	Число пластин N	Поверхность FТО, м2	Масса mТО, кг
0,5	64	31,5	1 740

Характеристика пластины [11, c. 42]:

длина пластины l = 1400 мм,

ширина пластины b = 670 мм,

толщина пластины δ = 1 мм,

эквивалентный диаметр канала d_э = 9 мм,

поперечное сечение канала s_К = 0,00285 м²,

приведённая длина канала L_К = 0,8 м.

Итерация I Теплоотдача в пространстве теплагента

В пространство теплагента поступает насыщенный водяной пар при температуре и давлении . Примем, что образующийся из пара конденсат не переохлаждается, и покидает межтрубное пространство теплообменника при той же температуре.

Плотность теплового потока: .

Примем, что разница между температурой пара и температурой стенки составляет менее 10 К (впоследствии проверив это допущение). Тогда коэффициент теплоотдачи для конденсации пара на гофрированной пластине можно рассчитать по формуле для ламинарного стекания плёнки конденсата по вертикальной поверхности: .

Температура стенки: .

Таким образом разница между температурой пара и температурой стенки составила 4,5 К, что меньше 10 К, следовательно формула для расчёта коэффициента теплоотдачи выбрана правильно.

Теплоотдача в пространстве хладагента

Площадь сечения пространства хладагента:

.

Скорость течения хладагента: .

Критерий Рейнольдса:

.

Критерий Прандтля: .

Критерий Прандтля при температуре стенки :

.

Критерий Нуссельта при движении теплоносителя в каналах, образованных гофрированными пластинами, рассчитывается по формуле:

, где a = 135, b = 0,73, c = 0,43 для пластин площадью 0,5 м² при Re > 50 [11, с. 49].

Критерий Нуссельта для хладагента:

.

Коэффициент теплоотдачи от стенки пластины к хладагенту:

.

Теплопередача

Коэффициент теплопередачи для плоской стенки:

.

Расчётная поверхность теплопередачи:

.

Запас по площади поверхности теплопередачи:

теплообменник не подходит.

Поскольку запас по поверхности теплопередачи отрицательный, то следовало бы взять теплообменник с большей площадью поверхности теплопередачи, однако следует обратить внимание на низкую скорость движения хладагента – в теплообменнике большего размера она уменьшится, и вместе с ней ещё более упадёт коэффициент теплоотдачи. Поэтому в данном случае рационально не выбирать аппарат большей площади, а турбулизировать движение хладагента, перейдя к двупакетной схеме.