площадь поверхности теплообмена труб (2 видео)

Содержание

Расчет поверхности теплообменника
Как рассчитать площадь теплообменника.
Расчет площади теплообменника
Определение количества теплоты
Определение коэффициента теплопередачи
Методика расчета теплообменника (площади поверхности)
Тепловой расчет кожухотрубчатых теплообменных аппаратов
📽️ Видео

Видео:16. Основы теплотехники. Теплообменные аппараты. Конструкция и расчёт теплообменников.Скачать

Расчет поверхности теплообменника

Видео:Л8 - Поверхности теплообмена.Скачать

Как рассчитать площадь теплообменника.

Что бы её определить используется следующая формула расчета теплообменника, т.е. его поверхности:

K – это коэффициент ( коэф-т) теплопередачи, t_ср – общая средняя разность температур между близлежащими теплоносителями, а F – площадь теплообмена в метрах квадратных.

Данное уравнение рассчитывает площадь пов-ти, которая непосредственно принимает участие в передаче тепла от горячей поверхности к холодной. Теплоотдачу от источника тепла к стенке так же необходимо учитывать, её теплопроводность и уровень теплоотдачи от неё к холодному теплоносителю.

Во время проведения предварительных/проверочных расчетов для простоты расчетов применяют относительные ( не точные) значения коэф-та теплопередачи. В них используются величины конденсации водяного пара – от 4000 до 15 000 Вт/ ( м^2К), если вода проходит через трубу, то – от 1200 до 5800 Вт/ ( м^2К), для определения теплопередачи пара к воде – K=800-3500 Вт/ ( м^2К).

Выполняя расчет поверхности теплообменника для ТЭЦ, этот коэф-т рассчитать проблематично, поэтому определение коэф-та K, для большей точности производится следующим образом:

K=1/ (1 /α_1 +δ /λ_ст +1/α_2)

α_ (1 ,2) — это показатели коэф-та теплоотдачи греющего и греемого теплоносителя Вт/ ( м^2*К),δ_ ( ст.) — размер толщины стенки трубы в метрах,λ_ ( ст.) – коэф-т теплопроводности используемого материала трубы Вт/ ( м*К). Помимо всего прочего необходимо учесть показатель термического сопротивления загрязнений ( накипи и др.), скапливающихся на пов-ти — R_заг, который рассчитывается следующим образом:

R_заг =δ_1/λ_1 +δ_2/λ_2

δ_ (1 ,2) — загрязнения ( толщина его слоя) изнутри и снаружи трубки в метрах

λ_ (1 ,2) — коэффициент его теплопроводности, Вт/ ( м*К)

Что бы произвести расчет теплообменника, его площади используется формула:

Как рассчитать или откуда взять показатели Q и K сказано чуть ранее. Показатель разницы температур (t_ ср) – рассчитывается при помощи средне — логарифмичной или арифметической формулам. K ( коэффициент теплоотдачи) – так же необходимо рассчитывать отдельно по эмпирическим формулам или при помощи числа Нуссельта (Nu ), используя уравнения подобия.

Видео:Работа 18. Изучение теплообмена в теплообменнике типа «труба в трубе»Скачать

Расчет площади теплообменника

Главное условие стабильной, эффективной работы системы теплообмена — это подбор теплообменных агрегатов с учетом точного соответствия конкретным эксплуатационным и техническим требованиям. Ключевым фактором для такого подбора является расчет площади теплообменника.

Конечно, существуют определенные стандарты, с универсальными параметрами, по которым можно подобрать оборудование для своего объекта. Тем не менее, часто в этой сфере индивидуальный подход более чем оправдывает себя. Проведение измерений и расчетов по конкретным данным позволяет получить максимальную отдачу от системы теплообмена. Кроме того, подобные вычисления попросту необходимы, если речь идет о работе по техническому заданию со строго обозначенными параметрами.

Методика расчета теплообменника предполагает несколько этапов.

Видео:Основные сведения о конструкциях теплообменниковСкачать

Определение количества теплоты

Уравнение передачи тепла, используемое для установившихся единиц времени и процессов выглядит следующим образом:

В данном уравнении:

К — значение коэффициента теплопередачи (выражается в Вт/(м2/К));
tср — средняя разность температурных показателей между разными теплоносителями (величина может даваться как в градусах по Цельсию (0С), так и в кельвинах (К));
F — значение площади поверхности, для которой происходит теплообмен (значение дается в м2).

Уравнение позволяет описать процесс, в ходе которого происходит передача теплоты между теплоносителями (от горячего — к холодному). Уравнение учитывает:

отдачу тепла от теплоносителя (горячего) к стенке;
параметры теплопроводности стенки;
отдачу тепла от стенки к теплоносителю (холодному).

Видео:ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Вид Грубейшего Нарушения ТРЕБОВАНИЙ ТБ при работе на СТАНКАХ.Скачать

Определение коэффициента теплопередачи

Для предварительных расчетов теплообменного оборудования и разного рода проверок применяют ориентировочные значения коэффициентов, стандартизированные для определенных категорий:

коэффициенты теплопередачи для процесса конденсации паров воды — от 4000 до 15000 Вт/(м2К);
коэффициенты теплопередачи для воды, движущейся по трубам — от 1200 до 5800 Вт/(м2К);
коэффициенты теплопередачи от парообразного конденсата к воде — от 800 до 3500 Вт/(м2К).

Точный расчет коэффициента теплопередачи (К) производится по следующей формуле:

В данной формуле:

α1 — коэффициент теплоотдачи для греющего теплоносителя (выражается в Вт/(м2К));
α2 — коэффициент теплоотдачи для нагреваемого теплоносителя (выражается в Вт/(м2К));
δст — параметр толщины стенок трубы (выражается в метрах);
λст — коэффициент теплопроводности материала, использованного для трубы (выражается в Вт/(м*К)).

Такая формула дает «идеальный» результат, обычно несоответствующий на 100% реальному положению дел. Поэтому в формулу добавляется еще один параметр — Rзаг.

Это показатель термического сопротивления различных загрязнений, формирующихся на нагревающихся поверхностях трубы (т.е. обычной накипи и др.)

Формула для показателя загрязнения выглядит так:

В данной формуле:

δ1 — толщина слоя отложений на внутренней стороне трубы (в метрах);
δ2 — толщина слоя отложений на внешней стороне трубы (в метрах);
λ1 и λ2 — значения коэффициентов теплопроводности для соответствующих слоев загрязнений (выражаются в Вт/(м*К)).

Видео:Диагностика трубного пучка кожухотрубного теплообменника. Как правильно повести диагностику.Скачать

Методика расчета теплообменника (площади поверхности)

Итак, мы рассчитали такие параметры, как количество теплоты (Q) и коэффициент теплопередачи (K). Для окончательного вычисления дополнительно потребуется разность температур (tср) и коэффициент теплоотдачи.

Итоговая формула расчета теплообменника пластинчатого (площади теплопередающей поверхности) выглядит так:

В данной формуле:

значения Q и K описаны выше;
значение tср (средняя разность температур) получают по формуле (среднеарифметической либо среднелогарифмической);
коэффициенты теплоотдачи получают двумя способами: либо с помощью эмпирических формул, либо через число Нуссельта (Nu) с использованием уравнений подобия.

Видео:Теплообменник для нагрева воды (площадь теплообмена 1,09 м2)Скачать

Тепловой расчет кожухотрубчатых теплообменных аппаратов

Тепловой поток (тепловая мощность) теплообменного аппарата:

– для однофазных сред

, (8.1)

Где индексом «1» обозначены параметры горячей (греющей) среды, а индексом «2» – параметры холодной (нагреваемой) среды;

– при использовании конденсирующегося пара в качестве горячей среды

, (8.2)

Где , – удельные энтальпии пара и конденсата.

При расчете теплообменных аппаратов обычно применяют уравнение теплопередачи через плоскую стенку

. (8.3)

Средний температурный напор

, (8.4)

Где , – большая и меньшая разности температур двух сред на входе и выходе теплообменного аппарата.

При 104

; (8.10)

– при 106, что характерно для вязкостно– гравитационного режима движения,

. (8.11)

При расчете числа Грасгофа принимают , где и – температуры среды и поверхности трубы.

В уравнения (8.10) и (8.11) введен поправочный коэффициент , учитывающий влияние начального участка тепловой стабилизации. Его значения приведены ниже в зависимости от числа Рейнольдса и отношения длины трубы к ее внутреннему диаметру . При принимают =1.

, (8.12)

Где и – внешний и внутренний диаметры кольцевого канала, м.

Эквивалентный диаметр кольцевого канала .

Определяющей температурой в уравнениях (8.10), (8.11) и (8.12) является средняя температура среды. Значение числа Прандтля принимают при температуре поверхности трубы. Свойства сред приведены в приложении Б.

Уравнения (8.10) и (8.11) допустимо использовать при продольном омывании пучка труб, расположенных в кожухе (корпусе) теплообменного аппарата.

При этом находят эквивалентный диаметр межтрубного пространства

, (8.13)

Где – площадь поперечного сечения; – смоченный периметр.

При расчете используют следующие зависимости:

, (8.14)

Где – внутренний диаметр кожуха;

– число трубок в кожухе;

– наружный диаметр трубок;

. (8.14а)

Расчет коэффициентов теплоотдачи при конденсации пара рассмотрен выше (см. раздел 7).

При тепловых расчетах пользуются методом предварительного подбора температур на поверхностях трубы с последующим их уточнением в ходе расчета.

Если в задаче не указана схема движения, то следует принимать противоточную схему.

8.1. Теплообменный аппарат типа «труба в трубе» выполнен из двух стальных труб. Внутренняя труба диаметром 25/21 мм, наружная труба диаметром 45/40 мм.

Нагреваемая вода поступает во внутреннюю трубу, ее температура на входе 10 ºС, а на выходе 50 ºС. Расход воды 0,5 т/ч.

Горячая вода поступает в кольцевой канал при температуре 75 ºС. Расход горячей воды 0,75 т/ч.

Определить длину аппарата.

Средняя температура нагреваемой воды

ºС.

По приложению Б теплофизические свойства воды при = 30 ºС:

= 995 кг/м3; = 4,18 кДж/(кг К); = 0,62 Вт/(м К); = м2/с; .

Тепловой поток аппарата по формуле (8.1)

кВт.

Температура горячей воды на выходе по уравнению (8.1)

ºС.

Средняя температура горячей воды ºС.

По приложению Б теплофизические свойства воды при = 61,7 ºС:

= 985 кг/м3; = 4,18 кДж/(кг К); = 0,66 Вт/(м К); = м2/с; .

Средняя температура внутренней трубы

ºС.

По приложению Б = 3,86.

Площадь поперечного сечения кольцевого канала

м2 .

Эквивалентный диаметр канала

м.

Скорость горячей воды в кольцевом канале

м/с.

При расчете коэффициентов теплоотдачи принимаем = 1.

Число Нуссельта по уравнению (8.12)

Вт/(м2 К).

Скорость нагреваемой воды

м/с.

Число Нуссельта по уравнению (8.10)

Вт/(м2 К).

Коэффициент теплопередачи по уравнению (8.5)

Вт/(м2 К).

Средний температурный напор при противотоке по зависимости (8.4)

75 ºС 48,4 ºС

50 ºС 10 ºС

ºС.

Поверхностная плотность теплового потока

Вт/м2.

– внутренней поверхности трубы

ºС;

ºС.

Расчетные значения температур мало отличаются от ранее принятого, поэтому не требуется уточнения коэффициентов теплоотдачи.

Расчетная площадь поверхности теплообмена по формуле (8.3)

м2.

Длина внутренней трубы

м.

В связи с близкими значениями коэффициентов теплоотдачи использован средний диаметр внутренней трубы

м.

8.2. Выполнить расчет теплообменного аппарата типа «труба в трубе». Исходные данные к расчету: виды горячей (греющей) и холодной (нагреваемой) сред, их расходы и , материал внутренних труб, коэффициент загрязнения , температуры холодной среды на входе и на выходе , горячей среды на входе , а также внутренние диаметры внутренней трубы и наружной , толщину стенок внутренней трубы принять по таблице 8.1 в зависимости от номера варианта.