Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Расчет теплообменника




Доверь свою работу кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Плотность теплового потока, проходящего от одной жидкости или газа к другой жидкости или газу через разделяющую их стенку, равна

Рисунок 9.1 – График теплопередачи через разделяющую стенку q = (tст1 – tст2)2 (tст2 – tж2) = =к(tж1 – tж2), где Q – количество переданной теплоты, Дж за время τ через площадь поверхности теплообмена F; α1, α2 – коэффициенты теплоотдачи от жидкости (газа) к стенке, Вт/(м2ºС); λ – коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м ·ºС);

tст1, tст2 - температура стенки со стороны горячего и холодного теплоносителя;

tж1 , tж2 – температура горячего и холодного теплоносителей;

δ - толщина стенки;

к – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 ºС).

Температурный напор представляет собой

Δt = tж1 – tж2.

Средний температурный напор определяется по формуле

Δtср = .

Если ≤ 2 можно принять

Δtср .

Для прямотока:

Δtмах = t'ж1 – t'ж2; Δtмin = t''ж1 – t''ж2;

Для противотока:

Δtмах = t'ж1 – t''ж2; Δtмin = t''ж1 – t'ж2;

где t'ж1, t''ж1 – начальная и конечная температура горячего теплоносителя;

t'ж2, t''ж2 – начальная и конечная температура холодного теплоносителя.

Коэффициенты теплоотдачи определяются по формуле

α = ,

где Nu – критерий Нуссельта;

λж – коэффициент теплопроводности жидкости или газа, Вт/(м ºС);

l - характерный линейный размер, определяемый по формуле

l = ,

где Fс – площадь сечения потока;

Пс – смоченный периметр сечения.

Рассмотрим некоторые примеры сечений каналов.

1) Круглая труба диаметром d: Fс = ; Пс = πd; l = .
2) Зазор между пластинами: Fс = Вδ; Пс = 2(В + δ); .
3) «Труба в трубе»: Fс = ; Пс = π(D + d); l = = D – d = 2δ.

Критерий Нуссельта зависит от режима течения жидкости и теплофизических свойств среды

Nи = f(Rе, Рr),

где критерий Рейнольдса равен

Rе =

и критерий Прандтля

Рr = ,

где – средняя скорость движения среды;

ν – кинематическая вязкость среды, м2/с;

μ – динамическая вязкость среды, Па ∙ с;

с – удельная теплоемкость среды, Дж/(кг ºС);

λж – коэффициент теплопроводности среды, Вт/(м ºС).

По Михееву М.А. для ламинарного режима ( ≤ 2320)

Nи = 0,17Rе0,33 Рr0,43Gr0,1 (Рr/ Рrст)0,25,

где Рrст – критерий Прандтля при температуре стенки;

Gr – критерий Грасгофа, равный

Gr = β Δt,

где β – температурный коэффициент объемного расширения жидкости или газа, К-1;

Δt – разность температур между стенкой и жидкостью на удалении от стенки;

g – ускорение свободного падения (9,81 м/с2);

Для турбулентного режима (>10000):

Nu = 0,021Rе0,8 Рr0,43(Рr/ Рrст)0,25,

здесь (Рr/Рrст)0,25 – поправочный множитель, учитывающий направление теплового потока.

При охлаждении жидкости

(Рr/Рrст)0,25 ≈ 0,95,

а при нагреве

(Рr/Рrст)0,25 ≈ 1,05.

Теплофизические свойства среды определяют для средних температур

= ; = .

Необходимая площадь поверхности теплообмена аппарата определяется по формуле

F = ,

где Qτ – тепловой поток (количество теплоты, проходящее в единицу времени)

Qτ = – для установившегося процесса.

В случае имеющегося осадка и пригара на стенке коэффициент теплопередачи определяется как

к = ,

где δ1, δ2 – толщина осадка (пригара) по обе стороны стенки, м;

λ1, λ2 – коэффициент теплопроводности осадка (пригара) по обе стороны стенки, Вт/(м · град).

Тепловой поток определяют исходя из уравнения теплового баланса

Qτ = G1С1(ж1 – t¢¢ж1) = G2С2(t¢¢ж2 – t¢ж2),

где G1, G2 – массовые расходы соответственно горячего и холодного теплоносителей, кг/с;

С1, С2 – удельные теплоемкости соответственно горячего и холодного теплоносителей.

Из этого уравнения определяют и температуру (обычно конечную) одного из теплоносителей, например

.

Пусть G1 – массовый расход продукта (молока), тогда отношение

n =

называют кратностью агента.

Для воды n = 2,5 – 3, для рассола n = 1,5 – 2,5.

Скорость движения среды в каналах

= ,

где ρ – плотность среды, кг/м3.

Пример

Определить площадь поверхности теплопередачи секции пастеризации теплообменника «труба в трубе» с вытеснительной вставкой, а также количество и длину труб, если производительность теплообменника по молоку составляет 2000 кг/ч. Начальная температура молока (при выходе из секции регенерации) составляет 55°С. Температура пастеризации должна быть 75°С. Молоко нагревается водой с температурой 95°С.

Толщина стенки наружной трубы – 1 мм, внутренней – 1,5 мм. В расчетах принять теплопроводность нержавеющей стали 14 Вт/ (м °С), пригар со стороны молока δ1 = 0,1 мм при λ1 = 0,3 Вт/ (м °С), пригар со стороны воды δ2 = 0,1 мм при λ2 = 1,74 Вт/ (м °С).

Рисунок 9.1 – Схема теплообменника «Труба в трубе» с вытеснительной вставкой







Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 2966. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2022 год . (0.023 сек.) русская версия | украинская версия