ЗАДАНИЕ 6

В стальных трубах горизонтального подогревателя (l= 50,2 Вт/м×К) движется М₁ килограммов масла МС-20 в час. Масло подогревается от температуры t₁¢до температуры t₁¢¢. Греющая жидкость (вода) движется противотоком в межтрубном пространстве при давлении насыщения и охлаждается от температуры t₂¢до температуры t₂¢¢. Число труб теплообменника n, их диаметры: внутренний d_в мм, наружный d_н мм. Диаметр кожуха d_к мм.

Определить площадь и поверхность нагрева теплообменника.

Данные, необходимые для решения задачи, следует выбрать из таблицы 6.

Таблица 6

Литература: [1], §34.1-34.5; [2], §30.1- 30.4, или[3], стр. 435-438.

Контрольные вопросы

1. В чем различие между регенеративными, рекуперативными и смесительными теплообменными аппаратами?

2. Напишите уравнение теплового баланса и уравнение теплопередачи для теплообменников и дайте соответствующие пояснения используемых величин и их размерностей.

3. Изобразите графики зависимости температур теплоносителей от площади поверхности теплообмена для аппаратов с прямотоком и протвотоком.

Методические указания

При расчете теплообменников всегда необходимо учитывать вынужденное движение теплоносителя, режим которого определяется по числу Re. В большинстве случаев движение теплоносителей в трубах теплообменников спокойное, ламинарное, т.е. Re<2300.

Физические константы трансформаторного масла и масла МС-20 определяют по его средней температуре (П. «Е»), воды – по средней температуре воды (П. «Б»).

В случаях, когда произведение Gr×Pr>8×10⁵, естественная конвекция оказывает влияние на теплоотдачу и режим течения будет вязкостно-гравитационным, для которого криитериальное уравнение имеет вид:

(3)

где - по табл. [1, стр. 340], при >50 e_l= 1,0.

Определив число Nu₁для масла, находят коэффициент теплоотдачи от стенки к маслу a₁, а по нему плотность теплового потока q₁:

(4)

Тогда температуру наружной стенки трубы, которой предварительно необходимо было задаться для определения Pr_c, окончательно можно определить из уравнения:

, (5)

где , м.

Расход воды в межтрубном пространстве и скорость движения воды в нем находим из соотношений:

(6)

(7)

где кВт - количество теплоты, полученное маслом при ; - площадь поперечного сечения межтрубного пространства, м²;

n– число труб теплообменника; d_к– диаметр кожуха теплообменника.

Число Рейнольдса для воды определяем по скорости движения воды w₂и эквивалентному диаметру межтрубного пространства

. (8)

Число Грасгофа находим по температурному напору:

. (9)

Физические константы для воды определяют при ее средней температуре t₂из П. «Б».

Определив коэффициент теплоотдачи для воды a₂, находим коэффициент теплопередачи kи плотность теплового потока по формуле:

, (10)

где Dt_cp– среднелогарифмический температурный напор ([1], §34.3).

Тогда площадь поверхности теплообмена и длину труб теплообменного аппарата находим из соотношений:

(11)

(12)