1. Тепловой расчет

1.1 Уравнение теплового баланса

В качестве схемы движения теплоносителей выбираем противоток.

Найдем среднюю температуру пресной воды:

(1)

_{,где t1m=46.5°C}

_{t11=61°C – заданная температура воды на выходе}

_{t12=32°С – заданная температура воды на входе.}

Удельная теплоёмкость воды при полученной температуре в аппарате [3, стр.93] кдж/кгК:

(2)

,где Ср1 = 4.176 кДж/кгК.

Номинальный расход морской задан:

Gw = 6 кг/с (3)

Нахождение удельной теплоёмкости морской воды 10 % при средней температуре в аппарате [1, приложение "Теплофизические свойства морской воды"] по формуле:

(4)

,где cр2 = 4.045 кДж/кгК.

Для нахождения температуры морской воды на выходе используем уравнение теплового баланса [2 стр.95]:

(5)

,где t22 = 29.08 °С

G1 = 2.5 кг/с

cp1= 4.176 кдж/кгК

t11– 61°C

t12 – 32°C

G2 – 6 кг/с

cp2 – 4.045 кДж/кгК.

Для нахождения средней температуры воды воспользуемся формулой:

(6)

,где t2m = 23.04 °C

t21 = 17°C – температура воды на входе

t22 = 29.48°С.

Тепловой поток будем рассчитывать по формуле:

(7)

,где Ф = 302.75 кВт.

1.2 Расчет режима течения теплоносителей

Для определения скорости морской воды в трубках воспользуемся формулой [2, стр.150]:

(8)

, где w2(t) = 1.036 м/с

G2 = 6 кг/с

zb = 2– число ходов охлаждающей воды

d2 = 8· 10м – внутренний диаметр трубки

N = 229 – число охлаждающих трубок

Плотность воды [3, стр.93, свойства пресной воды].

Ρ2=1.005 10³ кг/м³

Кинематическую вязкость морской воды определяем по формуле [3, стр.93]:

(9)

, где v2 = 8.663 ·10^-7 м²/с

g = 9.8 м/с² – ускорение свободного падения.

Для определения характера течения морской воды, найдем число Рейнольдса [2 стр.96]:

(10)

, где Re2(t2m) = 8.803 ·10³

Так как число Рейнольдса больше 2300, то характер течения морской воды является турбулентным.

Для нахождении плотности воды из теплофизической характеристики рабочих сред в зависимости от средней температуры воды [1, Приложения, теплофизические свойства пресной воды]используем формулу:

(11)

, где pm(t1m) = 987.569 кг/м³.

t1m - средняя температура воды

Рассчитаем кинематическую вязкость пресной воды по формуле [3, стр.93]:

(12)

, где v1(t1m) = 5.919·10^-7 м²/с

Далее задаемся сеткой для задачи на бесконечной плоскости набора труб диаметром по исходным данным ,где, принимаем, методом приближения Dk = 0.25 м – внутренний диаметр корпуса. Выполняем чертеж, и находим количество труб, попавших в теплообменник (см. чертеж).

Число трубочек, попавших в данное сечение равно 229 шт.

Расстояние между трубками:

y=st-d1 (13)

, где y=0.01 м

st=0.02 м – шаг разбивки трубок

d=0.01 м – внешний диаметр трубок.

Для вычисления площадь прохода охлаждаемой пресной воды используем формулу:

(14)

, где f1= 3.434 ·10^-3 м²

y0 = 0.001 – расстояние между трубками

m = 348 – количество зазоров между трубками в рядах, расположенных между срезами перегородок

h=0.015 м –расстояние между перегородками

n0 = 23 – количество рядов трубок, расположенных между кромками перегородок.

Найдем скорость охлаждаемой воды между перегородками [2 стр. 150] по формуле:

(15)

, где wh1(t1m) = 0.737 м/с.

Для определения площади прохода охлаждаемой воды в вырезе перегородки воспользуемся формулой:

(16)

, где f2 = 2.294 ·10^-3 м²

ф = 71° – центральный угол сегмента, образованный вырезом в перегородке

Nc = 0– количество трубок, расположенных в вырезе перегородки.

По формуле [2, стр.150] определим скорость охлаждаемой воды в вырезе перегородки:

(17)

, где wh2(t1m) = 1.103

Очевидно, что w11 и w12 не отличаются более чем в 2 раза

Определим среднюю скорость охлаждаемой воды в охладителе:

(18)

, где w1(t1m) = 0.92 м/с.

Скорости w1 и w2 приблизительно равны, перерасчета не требуется.

Определим режим движения в межтрубном пространстве, для этого произведем расчет числа Рейнольдса воды произведем по формуле:

(19)

, где Re1(t1m) = 1.555 10⁴.

Так как число Рейнольдса > 2200, то делаем вывод, что режим течения пресной воды турбулентный.

Коэффициент теплопроводности воды находим по теплофизическим свойствам рабочих сред [3, стр.93] используя формулу:

(20)

, где λ1(t1m) = 0.636 Вт\мК.

Рассчитаем число Прандтля воды [2, стр.97]:

(21)

, где Pr1(t1m) = 3.696.

Коэффициент теплопроводности морской воды вычислим по формуле [1, приложение "свойства морской воды"]:

(22)

, где λ2(t2m) = 0.581 Вт\мК.

Вычисление Числа Прандтля морской воды произведем по формуле [2, стр.97]:

(23)

, где Pr2(t2m) = 6.006.