расчет площади теплообмена трубчатого теплообменника

Видео:Расчет кожухотрубного теплообменникаСкачать

Расчет теплообменника: пример. Расчет площади, мощности теплообменника

Расчет теплообменника в настоящее время занимает не более пяти минут. Любая организация, производящая и продающая такое оборудование, как правило, предоставляет всем желающим свою собственную программу подбора. Ее можно бесплатно скачать с сайта компании, либо их технический специалист приедет к вам в офис и бесплатно её установит. Однако насколько корректен результат таких расчетов, можно ли ему доверять и не лукавит ли производитель, сражаясь в тендере со своими конкурентами? Проверка электронного калькулятора требует наличия знаний или как минимум понимания методики расчета современных теплообменников. Попробуем разобраться в деталях.

Видео:Как посчитать теплообменник лучше любого проектировщикаСкачать

Что такое теплообменник

Прежде чем выполнять расчет теплообменника, давайте вспомним, а что же это за устройство такое? Тепломассообменный аппарат (он же теплообменник, он же теплообменный аппарат, или ТОА) — это устройство для передачи теплоты от одного теплоносителя другому. В процессе изменения температур теплоносителей меняются также их плотности и, соответственно, массовые показатели веществ. Именно поэтому такие процессы называют тепломассообменными.

Видео:Расчет и выбор теплообменникаСкачать

Виды теплообмена

Теперь поговорим о видах теплообмена — их всего три. Радиационный — передача теплоты за счет излучения. Как пример, можно вспомнить принятие солнечных ванн на пляже в теплый летний день. И такие теплообменники даже можно встретить на рынке (ламповые нагреватели воздуха). Однако чаще всего для обогрева жилых помещений, комнат в квартире мы покупаем масляные или электрические радиаторы. Это пример другого типа теплообмена — конвекционного. Конвекция бывает естественной, вынужденной (вытяжка, а в коробе стоит рекуператор) или с механическим побуждением (с вентилятором, например). Последний тип намного эффективнее.

Однако самый эффективный способ передачи теплоты — это теплопроводность, или, как её ещё называют, кондукция (от англ. conduction — «проводимость»). Любой инженер, собирающийся провести тепловой расчет теплообменника, прежде всего задумывается о том, чтобы выбрать эффективное оборудование в минимальных габаритах. И достичь этого удаётся именно за счет теплопроводности. Примером тому служат самые эффективные на сегодняшний день ТОА — пластинчатые теплообменники. Пластинчатый ТОА, согласно определению, — это теплообменный аппарат, передающий теплоту от одного теплоносителя другому через разделяющую их стенку. Максимально возможная площадь контакта между двумя средами в совокупности с верно подобранными материалами, профилем пластин и их толщиной позволяет минимизировать размеры выбираемого оборудования при сохранении исходных технических характеристик, необходимых в технологическом процессе.

Видео:Как рассчитать мощность пластинчатого теплообменника? Формула для расчёта.Скачать

Типы теплообменников

Прежде чем проводить расчет теплообменника, определяются с его типом. Все ТОА можно разделить на две большие группы: рекуперативные и регенеративные теплообменники. Основное отличие между ними заключается в следующем: в рекуперативных ТОА теплообмен происходит через разделяющую два теплоносителя стенку, а в регенеративных две среды имеют непосредственный контакт между собой, часто смешиваясь и требуя последующего разделения в специальных сепараторах. Регенеративные теплообменники подразделяются на смесительные и на теплообменники с насадкой (стационарной, падающей или промежуточной). Грубо говоря, ведро с горячей водой, выставленное на мороз, или стакан с горячим чаем, поставленный остужаться в холодильник (никогда так не делайте!) — это и есть пример такого смесительного ТОА. А наливая чай в блюдце и остужая его таким образом, мы получаем пример регенеративного теплообменника с насадкой (блюдце в этом примере играет роль насадки), которая сначала контактирует с окружающим воздухом и принимает его температуру, а потом отбирает часть теплоты от налитого в него горячего чая, стремясь привести обе среды в режим теплового равновесия. Однако, как мы уже выяснили ранее, эффективнее использовать теплопроводность для передачи теплоты от одной среды к другой, поэтому более полезные в плане теплопередачи (и широко используемые) ТОА на сегодняшний день – конечно же, рекуперативные.

Видео:Расчет теплообменного аппаратаСкачать

Тепловой и конструктивный расчет

Любой расчет рекуперативного теплообменника можно провести на основе результатов теплового, гидравлического и прочностного вычислений. Они являются основополагающими, обязательны при проектировании нового оборудования и ложатся в основу методики расчета последующих моделей линейки однотипных аппаратов. Главной задачей теплового расчета ТОА является определение необходимой площади теплообменной поверхности для устойчивой работы теплообменника и поддержания необходимых параметров сред на выходе. Довольно часто при таких расчетах инженеры задаются произвольными значениями массогабаритных характеристик будущего оборудования (материал, диаметр труб, размеры пластин, геометрия пучка, тип и материал оребрения и др.), поэтому после теплового обычно проводят конструктивный расчет теплообменника. Ведь если на первой стадии инженер посчитал необходимую площадь поверхности при заданном диаметре трубы, например, 60 мм, и длина теплообменника при этом получилась порядка шестидесяти метров, то логичнее предположить переход к многоходовому теплообменнику, либо к кожухотрубному типу, либо увеличить диаметр трубок.

Видео:Как устроены трубчатые теплообменники?Скачать

Гидравлический расчет

Гидравлические или гидромеханические, а также аэродинамические расчеты проводят с целью определить и оптимизировать гидравлические (аэродинамические) потери давления в теплообменнике, а также подсчитать энергетические затраты на их преодоление. Расчет любого тракта, канала или трубы для прохода теплоносителя ставит перед человеком первостепенную задачу — интенсифицировать процесс теплообмена на данном участке. То есть одна среда должна передать, а другая получить как можно больше тепла на минимальном промежутке его течения. Для этого часто применяют дополнительную поверхность теплообмена, в виде развитого оребрения поверхности (для отрыва пограничного ламинарного подслоя и усиления турбулизации потока). Оптимальное балансовое соотношение гидравлических потерь, площади теплообменной поверхности, массогабаритных характеристик и снимаемой тепловой мощности является результатом совокупности теплового, гидравлического и конструктивного расчета ТОА.

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

Поверочный расчет

Поверочный расчет теплообменника проводят в случае, когда надо заложить запас по мощности либо по площади теплообменной поверхности. Поверхность резервируют по разным причинам и в разных ситуациях: если так требуется по техзаданию, если производитель решает внести дополнительный запас для того, чтобы быть точно уверенным в том, что такой теплообменник выйдет на режим, и минимизировать ошибки, допущенные при расчетах. В каких-то случаях резервирование требуется для округления результатов конструктивных размеров, в других же (испарители, экономайзеры) в расчет мощности теплообменника специально вводят запас по поверхности, на загрязнение компрессорным маслом, присутствующим в холодильном контуре. Да и низкое качество воды необходимо принимать во внимание. Через некоторое время бесперебойной работы теплообменников, особенно при высоких температурах, накипь оседает на теплообменной поверхности аппарата, снижая коэффициент теплопередачи и неминуемо приводя к паразитному снижению теплосъёма. Поэтому грамотный инженер, проводя расчет теплообменника «вода-вода», уделяет особое внимание дополнительному резервированию поверхности теплообмена. Поверочный расчет также проводят для того, чтобы посмотреть, как выбранное оборудование будет работать на иных, вторичных режимах. Например, в центральных кондиционерах (приточных установках) калориферы первого и второго подогрева, использующиеся в холодный период года, нередко задействуют и летом для охлаждения поступающего воздуха, подавая в трубки воздушного теплообменника холодную воду. Как они будут функционировать и какие будут выдавать параметры, позволяет оценить поверочный расчет.

Видео:Конструкции кожухотрубных теплообменниковСкачать

Исследовательские расчеты

Исследовательские расчеты ТОА проводят на основе полученных результатов теплового и поверочного расчетов. Они необходимы, как правило, для внесения последних поправок в конструкцию проектируемого аппарата. Их также проводят с целью корректировки каких-либо уравнений, закладываемых в реализуемой расчетной модели ТОА, полученной эмпирическим путём (по экспериментальным данным). Выполнение исследовательских расчетов предполагает проведение десятков, а иногда и сотен вычислений по специальному плану, разработанному и внедрённому на производстве согласно математической теории планирования экспериментов. По результатам выявляют влияние различных условий и физических величин на показатели эффективности ТОА.

Видео:Принцип работы водяного кожухотрубчатого (кожухотрубного) теплообменника холодильника (охладителя).Скачать

Другие расчеты

Выполняя расчет площади теплообменника, не стоит забывать и о сопротивлении материалов. Прочностные расчеты ТОА включают проверку проектируемого агрегата на напряжение, на кручение, на прикладывание максимально допустимых рабочих моментов к деталям и узлам будущего теплообменника. При минимальных габаритах изделие должно быть прочным, устойчивым и гарантировать безопасную работу в различных, даже самых напряженных условиях эксплуатации.

Динамический расчет проводится с целью определения различных характеристик теплообменного аппарата на переменных режимах его работы.

Видео:Теплообменное оборудованиеСкачать

Типы конструкции теплообменников

Рекуперативные ТОА по конструкции можно разделить на достаточно большое количество групп. Самые известные и широко применяемые – это пластинчатые теплообменники, воздушные (трубчатые оребрённые), кожухотрубные, теплообменники «труба в трубе», кожухо-пластинчатые и другие. Существуют и более экзотические и узкоспециализированные типы, например, спиральные (теплообменник-улитка) или скребковые, которые работают с вязкими или неньютоновскими жидкостями, а также многие другие типы.

Видео:Расчет теплообменного аппаратаСкачать

Теплообменники «труба в трубе»

Рассмотрим самый простой расчет теплообменника «труба в трубе». Конструктивно данный тип ТОА максимально упрощен. Во внутреннюю трубу аппарата пускают, как правило, горячий теплоноситель, для минимизации потерь, а в кожух, или в наружную трубу, запускают охлаждающий теплоноситель. Задача инженера в этом случае сводится к определению длины такого теплообменника исходя из рассчитанной площади теплообменной поверхности и заданных диаметров.

Здесь стоит добавить, что в термодинамике вводится понятие идеального теплообменника, то есть аппарата бесконечной длины, где теплоносители работают в противотоке, и между ними полностью срабатывается температурный напор. Конструкция «труба в трубе» ближе всего удовлетворяет этим требованиям. И если запустить теплоносители в противотоке, то это будет так называемый «реальный противоток» (а не перекрёстный, как в пластинчатых ТОА). Температурный напор максимально эффективно срабатывается при такой организации движения. Однако выполняя расчет теплообменника «труба в трубе», следует быть реалистами и не забывать о логистической составляющей, а также об удобстве монтажа. Длина еврофуры — 13,5 метров, да и не все технические помещения приспособлены к заносу и монтажу оборудования такой длины.

Видео:Тепловой расчет теплообменника. Виды тепловых расчетов. Показатели для расчета теплообменника.Скачать

Кожухотрубные теплообменники

Поэтому очень часто расчет такого аппарата плавно перетекает в расчет кожухотрубного теплообменника. Это аппарат, в котором пучок труб находится в едином корпусе (кожухе), омываемым различными теплоносителями, в зависимости от назначения оборудования. В конденсаторах, например, хладагент запускают в кожух, а воду – в трубки. При таком способе движения сред удобнее и эффективнее контролировать работу аппарата. В испарителях, наоборот, хладагент кипит в трубках, а они при этом омываются охлаждаемой жидкостью (водой, рассолами, гликолями и др.). Поэтому расчет кожухотрубного теплообменника сводится к минимизации габаритов оборудования. Играя при этом диаметром кожуха, диаметром и количеством внутренних труб и длиной аппарата, инженер выходит на расчетное значение площади теплообменной поверхности.

Видео:Расчет/Моделирование кожухотрубчатого теплообменника нагрева битума с использованием Aspen EDRСкачать

Воздушные теплообменники

Один из самых распространённых на сегодняшний день теплообменных аппаратов – это трубчатые оребрённые теплообменники. Их ещё называют змеевиками. Где их только не устанавливают, начиная от фанкойлов (от англ. fan + coil, т.е. «вентилятор» + «змеевик») во внутренних блоках сплит-систем и заканчивая гигантскими рекуператорами дымовых газов (отбор теплоты от горячего дымового газа и передача его на нужды отопления) в котельных установках на ТЭЦ. Вот почему расчет змеевикового теплообменника зависит от того применения, куда этот теплообменник пойдёт в эксплуатацию. Промышленные воздухоохладители (ВОПы), устанавливаемые в камерах шоковой заморозки мяса, в морозильных камерах низких температур и на других объектах пищевого холодоснабжения, требуют определённых конструктивных особенностей в своём исполнении. Расстояния между ламелями (оребрением) должно быть максимальным, для увеличения времени непрерывной работы между циклами оттайки. Испарители для ЦОДов (центров обработки данных), наоборот, делают как можно более компактными, зажимая межламельные расстояния до минимума. Такие теплообменники работают в «чистых зонах», окруженные фильтрами тонкой очистки (вплоть до класса HEPA), поэтому такой расчет трубчатого теплообменника проводят с упором на минимизацию габаритов.

Видео:Устройство и Принцип работы пластинчатого теплообменникаСкачать

Пластинчатые теплообменники

В настоящее время стабильным спросом пользуются пластинчатые теплообменники. По своему конструктивному исполнению они бывают полностью разборными и полусварными, меднопаяными и никельпаяными, сварными и спаянными диффузионным методом (без припоя). Тепловой расчет пластинчатого теплообменника достаточно гибок и не представляет особой сложности для инженера. В процессе подбора можно играть типом пластин, глубиной штамповки каналов, типом оребрения, толщиной стали, разными материалами, а самое главное – многочисленными типоразмерными моделями аппаратов разных габаритов. Такие теплообменники бывают низкими и широкими (для парового нагрева воды) или высокими и узкими (разделительные теплообменники для систем кондиционирования). Их часто используют и под среды с фазовым переходом, то есть в качестве конденсаторов, испарителей, пароохладителей, предконденсаторов и т. д. Выполнить тепловой расчет теплообменника, работающего по двухфазной схеме, немного сложнее, чем теплообменника типа «жидкость-жидкость», однако для опытного инженера эта задача разрешима и не представляет особой сложности. Для облегчения таких расчетов современные проектировщики используют инженерные компьютерные базы, где можно найти много нужной информации, в том числе диаграммы состояния любого хладагента в любой развёртке, например, программу CoolPack.

Видео:SOLIDWORKS Flow Simulation: расчет теплообменникаСкачать

Пример расчета теплообменника

Основной целью проведения расчета является вычисление необходимой площади теплообменной поверхности. Тепловая (холодильная) мощность обычно задается в техзадании, однако в нашем примере мы рассчитаем и её, для, скажем так, проверки самого техзадания. Иногда бывает и так, что в исходные данные может закрасться ошибка. Одна из задач грамотного инженера — эту ошибку найти и исправить. В качестве примера выполним расчет пластинчатого теплообменника типа «жидкость — жидкость». Пусть это будет разделитель контуров (pressure breaker) в высотном здании. Для того чтобы разгрузить оборудование по давлению, при строительстве небоскрёбов очень часто применяется такой подход. С одной стороны теплообменника имеем воду с температурой входа Твх1 = 14 ᵒС и выхода Твых1 = 9 ᵒС, и с расходом G1 = 14 500 кг/ч, а с другой — тоже воду, но только вот с такими параметрами: Твх2 = 8 ᵒС, Твых2 = 12 ᵒС, G2 = 18 125 кг/ч.

Необходимую мощность (Q0) рассчитаем по формуле теплового баланса (см. рис. выше, формула 7.1), где Ср – удельная теплоёмкость (табличное значение). Для простоты расчетов возьмём приведённое значение теплоёмкости Срв = 4,187 [кДж/кг*ᵒС]. Считаем:

Q1 = 14 500 * (14 — 9) * 4,187 = 303557,5 [кДж/ч] = 84321,53 Вт = 84,3 кВт – по первой стороне и

Q2 = 18 125 * (12 — 8) * 4,187 = 303557,5 [кДж/ч] = 84321,53 Вт = 84,3 кВт – по второй стороне.

Обратите внимание, что, согласно формуле (7.1), Q0 = Q1 = Q2, независимо от того, по какой стороне проведён расчет.

Далее по основному уравнению теплопередачи (7.2) находим необходимую площадь поверхности (7.2.1), где k – коэффициент теплопередачи (принимаем равным 6350 [Вт/м 2 ]), а ΔТср.лог. – среднелогарифмический температурный напор, считаемый по формуле (7.3):

ΔТ ср.лог. = (2 — 1) / ln (2 / 1) = 1 / ln2 = 1 / 0,6931 = 1,4428;

F то = 84321 / 6350 * 1,4428 = 9,2 м 2 .

В случае когда коэффициент теплопередачи неизвестен, расчет пластинчатого теплообменника немного усложняется. По формуле (7.4) считаем критерий Рейнольдса, где ρ – плотность, [кг/м 3 ], η – динамическая вязкость, [Н*с/м 2 ], v – скорость среды в канале, [м/с], d см – смачиваемый диаметр канала [м].

По таблице ищем необходимое нам значение критерия Прандтля [Pr] и по формуле (7.5) получаем критерий Нуссельта, где n = 0,4 – в условиях нагрева жидкости, и n = 0,3 – в условиях охлаждения жидкости.

Далее по формуле (7.6) вычисляется коэффициент теплоотдачи от каждого теплоносителя к стенке, а по формуле (7.7) считаем коэффициент теплопередачи, который и подставляем в формулу (7.2.1) для вычисления площади теплообменной поверхности.

В указанных формулах λ – коэффициент теплопроводности, ϭ – толщина стенки канала, α1 и α2 – коэффициенты теплоотдачи от каждого из теплоносителей стенке.

Видео:Как правильно подобрать пластинчатый теплообменник?Скачать

Теплообменник «труба в трубе»

(Статья дополнена P. S. (20.10.2019).)

Для нагрева холодной воды (разумеется, без смешивания) от системы отопления используются теплообменные аппараты — рекуператоры, в которых две среды движутся в своих полостях, разделенные металлической стенкой. .

. Горячая вода системы отопления, остывая, через стенку нагревает холодную воду в системе горячего водоснабжения.

Из рекуператоров наибольшее распространение получили пластинчатые и кожухотрубчатые теплообменники, которые широко используются не только в коммунальном хозяйстве, но и в первую очередь в различных отраслях промышленности и энергетики. При этом в качестве греющих и нагреваемых сред могут быть самые разнообразные жидкости и газы.

Пластинчатые теплообменники компактнее и эффективнее «древних советских» кожухотрубчатых рекуператоров, однако, последние более просты в изготовлении и в несколько раз дешевле. А некоторые современные образцы отечественных кожухотрубных теплообменников обыгрывают в разы по всем статьям западные пластинчатые аналоги (rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=341).

Теплообменник «труба в трубе» – это простейший вариант кожухотрубного аппарата.

В этой статье представлен алгоритм и теплотехнический расчет в Excel водо-водяного теплообменника типа «труба в трубе». Если греющая и нагреваемая среды — не вода, то некоторые исходные данные и формулы, использованные в программе, требуется существенно изменить!

Видео:Инструкция по расчету теплообменникаСкачать

Водо-водяной теплообменник «труба в трубе». Расчет в Excel.

На рисунке, представленном ниже, внутренняя труба является теплообменной, а наружная – кожуховой. Греющая вода движется слева направо и остывает, отдавая тепло через стенку внутренней трубы нагреваемой воде. Нагреваемая вода движется справа налево и нагревается.

Снаружи аппарат теплоизолирован. В расчете далее условно принято, что теплоизоляция обеспечивает абсолютное отсутствие теплообмена между наружной трубой и окружающей средой.

Если наружная труба не изолируется, то в расчете необходимо учесть потери тепла окружающему пространству. Как это сделать, можно посмотреть здесь.

Изображенная на рисунке схема движения жидкостей называется противотоком – нагреваемая вода движется навстречу греющей. Прямотоком, соответственно, будет движение потоков в одном направлении.

Из скриншота программы очевидно, что пользователю нужно заполнить светло-бирюзовые и бледно-зеленые ячейки исходными данными и в светло-желтых ячейках считать результаты вычислений.

Расчет в Excel теплообменника «труба в трубе» выполняется по нижеприведенному алгоритму.

i =1 – для греющей воды и внутренней стенки теплообменной трубы

i =2 – для нагреваемой воды и внешней стенки теплообменной трубы

x =1 – при прямотоке

x =2 – при противотоке

9. Средняя температура воды

t_i =( t_iвх + t_iвых )/2

10. Средняя температура поверхностей стенки внутренней теплообменной трубы в первом приближении

t_ст1 = t_ст2 =( t₁ + t₂ )/2

11. Передаваемая тепловая мощность

N = G₂ * C_p *( t_{2 вых} — t_{2 вх} )

8. Температура греющей воды на выходе

t_1вых = t_{1 вх} — N /( G₁ * C_p )

12. Средняя плотность воды

ρ_i =-0,003* t_i 2 -0,1511* t_i +1003,1

13. Среднее значение коэффициента кинематической вязкости воды

ν_i =0,0178/(1+0,0337* t_i +0,000221* t_i 2 )/10000

14. Среднее значение коэффициента теплопроводности воды

λ_i =0,581+0,0012* t_i

15. Среднее значение критерия Прандтля для воды

Pr_i =7,5-0,0694* t_i

16. Скорость движения воды во внутренней трубе и в кольцевом пространстве наружной трубы

v₁ = G₁ /(π* d₁ 2 /4)/ ρ₁

v₂ = G₂ /(π*( d₂ 2 — D₁ 2 )/4)/ ρ₂

Желательно чтобы скорость движения воды находилась в диапазоне 0,25…2,5 м/с. Большие значения из диапазона предпочтительнее с точки зрения увеличения турбулентности потока и, следовательно, коэффициента теплоотдачи, но не предпочтительны с точки зрения увеличения гидравлического сопротивления системы, требующего насосы повышенных мощностей.

17. Число Рейнольдса для греющего и нагреваемого потоков

Re₁ = v₁ * d₁ / ν₁

Re₂ = v₂ *( d₂ — D₁ )/ ν₁

Режим течения воды по трубам должен быть турбулентным, т.е. Re >2300 (еще лучше, если Re >10000 ).

18. Среднее значение критерия Прандтля для внутренней и внешней поверхностей стенки теплообменной внутренней трубы

Pr_стi =7,5-0,0694* t_стi

19. Критерий Нуссельта со стороны греющей и со стороны нагреваемой воды

Nu₁ =0,021* Re₁ 0,8 * Pr₁ 0,43 *( Pr₁ / Pr_ст1 ) 0,25

Nu₂ =0,017* Re₂ 0,8 * Pr₂ 0,4 *( Pr₂ / Pr_ст2 ) 0,25 *( d₂ / D₁ ) 0,18

20. Коэффициент теплоотдачи от греющей воды стенке и от стенки нагреваемой воде

α₁ = Nu₁ * λ₁ / d₁

α₂ = Nu₂ * λ₂ /( d₂ — D₁ )

21. Коэффициент теплопередачи

K =1/(1/ α₁ +(( D 1 — d 1 )/2)/ λ_ст -1/ α₂ )

22. Максимальный температурный напор

Если x =1 (прямоток), то

Δt_max = t_1вх — t_2вх

Если x =2 (противоток) и t_1вх — t_2вых > t_1вых — t_2вх , то

Δt_max = t_1вх — t_2вых

Если x =2 (противоток) и t_1вх — t_2вых t_1вых — t_2вх , то

Δt_max = t_1вых — t_2вх

23. Минимальный температурный напор

Если x =1 (прямоток), то

Δt_min = t_1вых — t_2вых

Если x =2 (противоток) и t_1вх — t_2вых t_1вых — t_2вх , то

Δt_min = t_1вх — t_2вых

Если x =2 (противоток) и t_1вх — t_2вых > t_1вых — t_2вх , то

Δt_min = t_1вых — t_2вх

24. Среднелогарифмический температурный напор

Δt_ср =( Δt_max — Δt_min )/ln( Δt_max / Δt_min )

25. Плотность теплового потока

q = K * Δt_ср

10*. Теперь следует вернуться к пункту 10 и вычислить средние температуры поверхностей стенки внутренней теплообменной трубы во втором приближении по новым формулам

t_ст1 = t₁ — q / α₁

t_ст2 = t₂ + q / α₂

. С новыми значениями температур поверхностей стенки нужно заново выполнить расчеты по пунктам 18-21 и 25 и опять пересчитать значения t_ст1 и t_ст2 в третьем приближении…

В представленной программе расчет в Excel выполняется 6 раз. Для точности необходимой на практике обычно бывает достаточно выполнить 2 или 3 приближения.

26. Площадь поверхности нагрева

F = N / q

27. Расчетная длина нагревателя

L = F /(π* d₁ )

28. Диаметры присоединительных патрубков

d_пi =(3600* Gi /(π* v_max * ρ_i )) 0,5 /30

В расчете максимальная скорость воды v_max принята равной 1,8 м/c. При необходимости можно ее увеличить до 2,5 м/с или принять равной скорости движения воды по теплообменнику.

На этом теплотехнический расчет в Excel теплообменника «труба в трубе» можно считать завершенным. Гидравлический расчет поможет выполнить эта статья на блоге.

Отложения, образующиеся в процессе эксплуатации на поверхностях стенки внутренней теплообменной трубы, существенно влияют на коэффициент теплопередачи и могут со временем в 1,5-2 раза снизить эффективность работы любого теплообменника. Рассмотренный расчет в Excel это не учитывает.

Видео:ТЕПЛООБМЕННИК КОЖУХОТРУБЧАТЫЙ УСТРОЙСТО И ПРИНЦИП РАБОТЫСкачать

Заключение.

Посмотрите небольшое видео о работе в представленной программе, которое поможет быстрее понять логику алгоритма и некоторых штатных приемов работы в Excel.

Теперь, считая теплообменник «труба в трубе», вы, уважаемые читатели, избавлены от рутинных ручных расчетов, и у вас будет больше времени на техническое творчество.

Прошу уважающих труд автора скачивать файл с программой после подписки на анонсы статей в блоке ниже статьи или наверху любой страницы блога.

Ссылка на скачивание файла: teploobmennik-truba-v-trube (xls 111KB)

Видео:Теплообменник ПЛАСТИНЧАТЫЙ или ТРУБЧАТЫЙ? Все достоинства и недостаткиСкачать

P. S. (20.10.2019)

Решил попробовать повысить точность вычислений и занялся переработкой алгоритма. В итоге в новый вариант программы внесены следующие изменения:

1. В исходных данных добавился еще один параметр – давление воды ( P_i ). Хотя существенного влияния на теплофизические параметры воды давление не оказывает, но всё же…

2. Средняя температура воды в трубах ( t_i ) вычисляется по уточненному алгоритму. Для потока, в котором температура воды изменяется меньше, она определяется как среднеарифметическая: t_i =( t_iвх + t_iвых )/2. Для потока, в котором температура от входа до выхода изменяется больше, средняя температура определяется как сумма или разность среднеарифметической температуры другого потока и среднелогарифмического напора: t_j = t_i ± Δt_ср .

3. Теплофизические параметры воды – плотность ( ρ_i ), коэффициент кинематической вязкости ( ν_i ), коэффициент теплопроводности ( λ_i ), критерий Прандтля ( Pr_i ), изменяющиеся от температуры и давления, теперь определяются с помощью пользовательских функций Полковова Вячеслава Леонидовича с более высокой точностью.

4. Попытался расширить диапазон применения программы. К турбулентному режиму ( Re >10000) добавил переходный режим течения (2300 Re Nu ), необходимый для определения коэффициента теплоотдачи ( α ), вычисляется по нижеприведенным формулам, которые были выбраны после долгого и тщательного анализа существующих критериальных зависимостей, предложенных Михеевым М.А., Исаченко В.П., Кутателадзе С.С., Петуховым Б.С., В. Гниелински. Так как в расчетах никак не учитывается шероховатость поверхностей труб и степень их загрязненности, то предпочтение было отдано выражениям, которые выдают при прочих равных меньшие значения критерия Нуссельта.

Для потока воды в круглом сечении внутренней трубы:

К₀₁ =-0,002*( Re₁ /1000) 4 +0,0633*( Re₁ /1000) 3 -0,854*( Re₁ /1000) 2 +8,7529*( Re₁ /1000) -12,639

Для потока воды в кольцевом сечении межтрубного пространства:

Nu’₂ =4*( Pr₂ / Pr _ст2 ) 0,25 /при Re =2300/

Nu»₂ =0,017*10000 0,8 * Pr₂ 0,4 *( Pr₂ / Pr_ст2 ) 0,25 *( d₂ / D₁ ) 0,18 /при Re =10000/

Определяющим размером для кругового сечения является диаметр d₁ , для кольцевого сечения – эквивалентный диаметр d_экв = d₂ — D₁ . Определяющая температура – средняя температура потока t_i .

5. Расчет теплопередачи выполнен по формулам для цилиндрической стенки без упрощений, примененных ранее, где использовались зависимости для плоской стенки.

Линейный коэффициент теплопередачи ( K_L ) вычисляется по формуле:

Линейная плотность теплового потока ( q_L ):

6. Расчетная длина нагревателя ( L ):

L = N / q_L

Температуры поверхностей стенок ( t_стi ), как и ранее, определяются шестью итерациями, чего более чем достаточно для обеспечения абсолютной точности вычислений.

Четыре важных замечания:

1. При проектировании теплообменников переходного режима течения жидкостей следует, все-таки, стремиться избегать по причине низкого значения коэффициента теплоотдачи ( α_i ) и значительной погрешности существующих методик расчетов.

2. По данным открытых источников расхождение результатов экспериментов и расчетов по примененным в новой версии программы формулам находится в весьма широких пределах ±20%.

3. На скриншотах в основной статье и в P. S. показаны примеры расчетов с одинаковыми исходными данными. Расчетная длина нагревателя, полученная по старой программе, на 25% меньше, чем по обновленной версии! Это обусловлено в первую очередь тем, что для потока в кольцевом сечении при переходном режиме была не совсем правомерно применена формула для турбулентного течения.

4. Программа тестировалась на примере задачи 12-2 из Задачника по теплопередаче (Краснощеков Е.А., Сукомел А.С., 1980, стр. 219-222). Расхождение результатов — расчетных длин — 1,2%. При этом в Задачнике расчет выполнен по упрощенным формулам и без итераций.

Ссылка на скачивание файла с обновленной программой:

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

58 комментариев на «Теплообменник «труба в трубе»»

Александр 29 Фев 2016 00:06

Александр, огромное спасибо за Ваши расчетные программы — очень, очень удобны и помогают.

Замечательно. Но к сожалению такие простые схемы теплообмена не имеют практического применения в теплообменных аппаратах. Используются многотрубные или аппараты со спирале-витыми одиночными трубами или в пучках.

Да, этот расчет не для серьезного «промышленного проектирования», а для быстрой оценки возможностей простых теплообменников в единичном «кустарном производстве», в быту и для студентов.

Расчет новых совершенных промышленных теплообменных аппаратов — узкая тема, требующая часто индивидуальных решений.

Не плохо бы оценить подобный способ подогрева , но уже уличного воздуха от батареи центрального отопления. Хотелось бы оценить зависимость воздушного потока от теплоотдачи батареи и сколько времени должен работать вентилятор. Сейчас у многих стоят пластиковые окна и лишний жар — просто бич для здоровья. Конечно можно правильно рассчитать радиаторы , но если уже стоят. Совсем будет отлично получить от вас рекомендации о наилучшей конструкции теплообменника для смешивания двух потоков — уличного и комнатного ( циркулирующего ) потоков. чтобы не ледяной воздух в комнату впускать. Циркулирующий поток комнатного воздуха должен быть в 3-4 раза больше уличного потока. как вот лучше обеспечить эффективное смешивание потоков ? Нужен ли теплоаккумулятор в виде ребристой решётки ?

Думал о совместной работе электрокаллорифера и батареи ЦО для обогрева уличного входящего потока. Хотел бы от вас услышать критику в свой адрес. может где то не додумал чего. В таблице заложен логический контроль ввода данных. Похоже , если применить аэросмеситель потоков , то в сезон более жаркого отопления можно вообще наверное не включать электрокалорифер. Вот такая вышла таблица. https://yadi.sk/i/U56YLM2PpnzMN

Кстати , спасибо , поднаучился у вас некоторым хитрым приёмам работы в EXCEL.

А насколько эффективно охлаждать воздух водой ? Есть такие кондиционеры с водяным охлаждением , увлажнением и очисткой воздуха от пыли. Ведь в самую жару и влажность воздуха выше. Нашёл таблицу охлаждения этим методом. А как будет меняться при охлаждении влажность воздуха ? А если будет достигнут предел влажности , то для снижения надо будет опять воздух горячим нагнетать в комнаты . без охлаждения ? Таблица. https://yadi.sk/i/zc_dKWbqpeUaq

Не пойму, Николай, зачем использовать дорогой в эксплуатации ЭЛЕКТРОкалорифер, если у Вас избыток тепла от приборов отопления? Или Вы так нашли наиболее дешевое решение по исправлению ошибок, допущенных при проектировании и строительстве.

Воздух водой охлаждать эффективно ровно на столько — на сколько эффективно воздух водой нагревать (почти все системы отопления зданий). Не понял «таблицу по охлаждению». Что за температуры она показывает?

Избыток тепла бывает только в морозы -20С. -25С. просто духота. а потом начинается экономия энергоносителей.

Не совсем согласен на счёт сравнения охлаждения и нагревания водой воздуха в данном случае только потому , что при нагреве постоянно поступают каллории , а при охлаждении ( кстати уточняю — в аппарате что я видел в интернете используется замкнутый оборот небольшого объёма воды которую распыляют на фильтр-решётку , фильтруют. и вроде бы нет никакой фреоновой системы , а иначе зачем что то изобретать новое ) этим методом вода отбирает тепло , но скорее аккумулирует его и не так эффективно рассеивает особенно в жару. только за счёт испарения.

А в таблице , я так понял , указаны температуры уже охлаждённого воздуха , которые можно достичь при конкретной уличной температуре и соответственно при определённой влажности воздуха.

Вот я и думаю , что в сезон наиболее жаркого отопления не стоит вообще включать калорифер. Но в остальные периоды не плохо бы. Не в сезон отопления ( осень , весна ) , когда температура не ниже -5С. 15С. калорифер в самый раз. А его дороговизна зависит от объёмов пропускаемого воздуха. если скромно и рационально , то не думаю что разорительно будет. Конечно за удобство нужно и платить. Я вот сравниваю. когда у нас стояли деревянные рамы со щелями. жизненной энергии было больше. Кстати стоит вспомнить опыты Чижевского А.Л. снижение заряда ионов кислорода тоже даром не проходит. Он ставил опыт на здоровых мышах в герметичной камере подавая туда отфильтрованный воздух через толстый слой ваты. Итог — смерть через 2 недели от нервного истощения.

Вот такой прибор я имел ввиду. не кондиционер — мойщик воздуха , но тоже охладитель. http://www.venta.ru/airwashing/

В общем я хотел узнать на сколько эффективно охлаждать воздух за счёт испарения воды. а не циркуляцией воды. А главное как долго будет сохраняться эффект охлаждения , при возможном росте влажности воздуха. Хотя пишут , что не растёт влажность и о гигрометрах можно забыть. но испарение происходит.

Градирню приходилось считать и эксплуатировать, но в ней вода охлаждалась продувкой воздуха (воздух, соответственно, нагревался и выбрасывался). На вопрос — на сколько эффективно? — я не знаю как отвечать. Отвечу, как спросили: эффективно!

Трудно что-то толковое написать Вам, не зная о чем идет речь — о квартире, доме, цехе, магазине.

Если жара у Вас в морозы, то значит не правильно настроен тепловой узел — слишком крутой график температуры теплоносителя. И надо устранять причину, а не бороться с последствиями.

Если охлаждать воду в градирне не в жаркие периоды , то тут без сомнений. Речь шла о квартире , был бы магазин — был бы и кондиционер. без вопросов. Конечно проще правильно выбрать радиатор , но график отопления не я составляю. И энергоносители не я экономлю. Так что борьба больше не с последствиями , а с мудрецами-чиновниками. Да и вообще вне сезон отопления тоже надо вентилировать без холодных сквозняков. И тут вовсе не нужно гонять сотнями кубометры , достаточно обеспечить минимум воздухообмена. Это лучше чем наглухо закрытые окна или их частое открытие-закрытие. Зачем эта суета , если можно всё доверить автоматике.

Мне понравилась идея с промывкой воздуха. Живой воздух не выдаст ни один кондиционер. А пыли ужасно много стало в воздухе и машин много на дорогах. соответственно и смога тоже. Летом , стоит только открыть окна на застекленном балконе — все подоконники покрываются через несколько дней слоем земельно-песчаной пыли. Так что я уверен не одна лишь пыльца с цветов виновата в аллергии.

Да, идея промывки воздуха водой, я думаю, интересна и перспективна. Собирался приобрести пылесос, работающий по похожей схеме. Но массово доступные модели, появившиеся в начале «нулевых», почему-то исчезли с прилавков магазинов.

Ну и хорошо что не купили. ) Воздух нужно чистить круглосуточно. а не раз в неделю. Пыль летит и от тряпок и с улицы. Покупайте мойку воздуха. Или соорудите собственными силами. конструкция то примитивная в принципе. Фонтан — тоже неплохая альтернатива мойке воздуха.

Вот интересно , чтобы нагреть ( или охладить ) определённый объём воздуха с Т1 до Т2 ( и наоборот с Т2 до Т1 ) , нужно затратить одну и туже мощность нагревателя ( охладителя ). Или есть некоторая разница ? Можно ли рассчитать мощность кондиционера по формуле тепловентилятора ?

Судя по характеристикам устройств ( тепловая пушка и кондиционер ) . КПД у них разные. Тепловая пушка потребляет. пусть 3 кВт и отдаёт примерно столько же. А кондиционер потребляет 2,8 кВт , а отбирает 5,275 кВт.

В общем то КПД на расчёт мощности повлиять не должен. это показатель производительности всё же.

Чтобы нагреть (или охладить) определённый объём воздуха В ИЗОЛИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ с Т1 до Т2 (и наоборот с Т2 до Т1), нужно затратить не МОЩНОСТЬ нагревателя (охладителя), а одно и то же КОЛИЧЕСТВО ЭНЕРГИИ подать или забрать (при отсутствии потерь, т.е. КПД=1)! Мощность определяет лишь время этого процесса.

Спасибо Александр ! Да , в Джоулях более грамотно. Значит нужно не гнаться за Мощностями , а улучшать теплоизоляцию. как и в случае с электроотоплением. А квадратные метры предела охлаждения , тоже маркетинговая уловка.

У кондиционеров скорее главный предел находится на улице , т.е. предельная температура воздуха при которой нарушается теплоотдача. И он не зависит от мощности.

хочу приобрести программу расчета водоподогревателя туба в трубе

Хотел быстренько прикинуть ориентировочную длину Т.О. при следующих параметрах(охладть): Один контур 600С а на выходе 40-50С. А другой контру на входе 10С, на выходе уже сколько получится( но желательно тоже дойти до 600С). ДЛина нужна была. Расчет не выдал результаты. Что я не так сделал?

Представленный в статье расчет ведется для воды при небольших избыточных давлениях. При средней температуре воды в любом из контуров выше

+108C критерий Прандтля для воды, вычисляемый по эмпирической формуле, становится отрицательным, чего быть не должно. А далее в другой эмпирической формуле для критерия Нуссельта это отрицательное число Excel должен возвести в дробную степень, чего по законам математики делать нельзя.

Еще раз: расчет предназначен для ВОДЫ со средней температурой не более +108С. Для других жидкостей при других температурах должны быть применены другие формулы для всех критериев, вязкости и теплопроводности.

Александр, при такой же схеме компоновки прямотока но использование в качестве нагревателя электро тэн. Расчет останется прежним? Тоесть мы просто приравниваем первую часть формулы к константе температуры.

Дмитрий, я не понял Ваш вопрос. Напишите подробней.

Я имел в виду конструкцию прямоточного водонагревателя.

С той лишь разницей, что в вашем случае тепло передается от теплоносителя во внутреннем кожухе среде заключенной между внешним и внутренним кожухами. А в моем вопросе я имел в виду когда внутренний конструкцию заменяет электротэн и среда нагревается от накала спирали.

То есть расчет площади соприкосновения электротэна.

Поскольку величина нагрева тэна постоянная да и температура гораздо выше.

Нет, Дмитрий, для вашего случая этот расчет не годится. Количество тепловой энергии, идущей от нихрома через наполнитель и стенку трубки тэна зависит от параметров среды, в которую тэн помещен. Температура наружной поверхности трубки тэна — величина отнюдь не постоянная!

В вашем случае можно сделать простой расчет по равенству мощностей подводимой и отводимой.

Смотрите расчеты проточного бытового электрического водонагревателя.

Спасибо за разъяснение.

У вас есть такие примеры расчетов или можно заказать такой расчет?

Смысл расчета подробно изложен с примером у меня здесь.

Если хотите, можете заказать такой расчет. Пришлите более подробное описание того, что мастерите.

Доброго времени суток! Александр, огромное Вам спасибо за проделанную Вами работу. У меня есть вопрос по критерию Прандтля. Как я понимаю, Вы взяли приближенную формулу для воды. Для стенки используете ее же. На сколько это справедливо и корректно?

Заранее спасибо за ответ!

С уважением, Александр.

Да, критерий Прандтля считается в программе по приближенной формуле более-менее справедливой для диапазона температуры воды 40 — 80 градусов Цельсия («с натяжкой»: 20 — 100). Следует, конечно, заменить её на более точную /программа была написана еще в «доинтернетовскую эпоху» при дефиците справочной информации/.

Что касается вопроса — почему эта же формула используется для стенки? Не для стенки. Критерий Прандтля — критерий подобия в процессе теплообмена газов и жидкостей. В нашем случае среда одна — вода. Точная формулировка — не «число Прандтля для стенки», а «критерий Прандтля для воды при температуре стенки . градусов».

Спасибо Вам за разъяснение. В качестве благодарности, высылаю формулу для Excel для вычисления Прандтля для воды 0-200 С (состоит из двух формул и более точно вычисляет критерий) может пригодится кому-то еще.

С3 — ячейка с температурой. Если Вас не затруднит, подскажите, на сколько отличаются расчеты для теплообменника труба в трубе в трубе, где греющая жидкость проходит в наибольшем и наименьшем диаметре, а нагреваемая, между ними. может у Вас есть ссылка, где можно что-то почитать об этом расчете. Спасибо Вам!

Спасибо за аппроксимирующую таблицу формулу.

По вопросу другой схемы теплообменника:

все формулы те же, только теплообмен идет через 2 стенки. Нужно задать новый перечень исходных данных, написать уравнения теплового баланса с новыми граничными условиями и решить их.

Посмотрите книгу А.И. Пеховича и В.М. Жидких Расчеты теплового режима твердых тел. Там есть ответы на все вопросы, но разобраться и понять совсем не просто.

Александр, могли бы ли Вы создать подобную программу с другими начальными условиями? Если у Вас есть такая возможность и желание, договорится о подробностях можно по почте.

Создать такую программу — это безусловно достижение. Простая и очень удобная программа для всех, кто работает в области теплотехники и теплоснабжения, а также студентов, инженеров и научных работников. Низкий поклон Вам Александр Васильевич!

Спасибо за высокую оценку моего труда, Гасан Басирович.

Спасибо за калькулятор, тока не понял как сделать греющюю воду снаружи, а нагреваемую во внутренней трубе?

Не стоит делать греющую воду снаружи.

Спасибо, очень удобно пользоваться программой. А почему не стоит греющюю воду снаружи, а нагреваемую во внутренней трубе?

Средняя температура греющей воды больше, чем средняя температура нагреваемой. Тепловой поток потерь через наружную трубу в окружающее пространство при прочих равных зависит от разницы температур наружной поверхности теплообменника и температуры окружающей среды. В каком случае потери тепла будут больше?

Расчет теплообменника для охлаждения битума можно заказать?

Я не занимаюсь сейчас этой темой.

Александр, а можно заказать расчет похожий на ваш экселевский, но когда неизвестны некоторые входные данные? У нас нужно нагревать раствор воды с солью во время эндотермической реакции. Мощность охлаждения известна. Поможете?

Сергей, пришлите исходные данные и условия задачи. Тогда будет понятно — смогу помочь или нет.

Здравствуйте, Александр! В формуле 20 определение альфа холодной воды разве разность диаметров между внешней и внутренней трубами не следует делить пополам? Ведь расстояние между внешней и внутренней трубами вдвое меньше разности их диаметров. Если это действительно так, то коэффициент теплоотдачи альфа 2 должен получаться вдвое больше, чем указано в формуле 20. То же самое в формуле 17 для числа Рейнольдса 2. Пожалуйста, ответьте.

Я сейчас делаю срочные расчеты и мне нельзя ошибиться. Заранее благодарю. Вячеслав. 26.06.19.

Кроме того, формула 21 коэффициента теплопередачи приведена как для плоской стенки, но ведь в действительности там цилиндрическая геометрия. В знаменатель формулы для цилиндрической геометрии входит логарифм отношения диаметров и произведения коэффициентов теплоотдачи на соответствующий диаметр.

Жду ответа. Вячеслав. 26.06.19.

По формулам 17 и 20: не следует делить. Это эквивалентный диаметр кольцевого сечения dэ=d2-D1.

Первоисточник выслал Вам на почту.

А можно ли с помощью этого файла сделать расчет для греющей наружной? Сильно ли влияет на расчет где греющая и где нагреваемая жидкости?

Мне важно чтобы труба нагреваемой жидкости была доступна для чистки.

И как можно посчитать насколько простые завихрители в межтрубном пространстве(например спирально намотанная на внутреннюю трубу проволока) и во внутренней трубе (например спирально скрученная пластинка или «пружина») влияют на КПД теплообменника?

Можно попробовать, считая, что вода по внутренней трубе нагревает со знаком «минус» (т.е. охлаждает) воду в кольцевом канале. При этом наружная теплоизоляция полностью блокирует теплопотери. Алгоритм расчетов желательно, все-таки, пересмотреть детально.

Завихрители увеличивают гидравлическое сопротивление, но улучшают теплообмен. Как посчитать «на сколько» я не знаю. Обычно это определяется в результате многочисленных опытов, хотя есть, наверное, сложные программы моделирования процесса.

Можно эту программу перестроить под другие потоки? )) пар по межтрубке, а гексан по трубе ? )

Перестроить — это написать заново. Нужно все формулы для воды заменить на соответствующие для пара и гексана. У меня этих формул нет.

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

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).

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)).

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.