Методика теплового и гидравлического расчётов

Принимаем схему охладителя. Например, трубчатый ТА с прямыми трубками.

Внутри трубок охлаждающая вода, снаружи трубок охлаждаемая вода. Схема движения сред – комбинация противотока с поперечным обтеканием.

Повышение температуры охлаждающей воды в охладителе: , °С.

Температура охлаждающей воды на выходе из охладителя: .

Средняя логарифмическая разность температур охлаждаемой и охлаждающей воды:

Принимаем размеры трубок, скорость охлаждаемой пресной воды в трубках , число ходов охлаждаемой воды (2, 4 или 6).

Плотность охлаждаемой воды находим по справочным таблицам или определяем по формуле .

Число трубок в охладителе: ; если приняты U–образные трубки, то N_u=N/2.

Шаг трубок при коридорной разбивке: , мм.

Коэффициент заполнения трубной доски: при . С увеличением , уменьшается.

Диаметр гнезда трубок или диаметр трубной доски: , мм.

Внутренний диаметр корпуса охладителя: , мм.

Площадь поперечного сечения корпуса, свободная от трубок: , м².

Принимаем число ходов охлаждающей морской воды в корпусе: .

Средняя температура охлаждающей воды в охладителе: , °С.

Физические параметры охлаждающей воды при :

- плотность , кг/м³;

- коэффициент кинематической вязкости , м²/с;

- коэффициент теплопроводности , Вт/м*К.

Скорость охлаждающей воды в корпусе: , м/с.

Критерий Рейнольдса для охлаждающей воды: .

Критерий Нуссельта:

- для коридорного расположения трубок в пучке: ;

- для шахматного расположения труб:

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубки к охлаждающей морской воде:

, Вт/м²*К

Физические параметры охлаждаемой пресной воды при средней температуре :

- теплоёмкость , Дж/кг*К,

- коэффициент кинематической вязкости , м²/с

- коэффициент теплопроводности , Вт/м*К.

- критерий Прандтля .

Критерий Рейнольдса для потока охлаждаемой воды в трубках:

Критерий Нуссельта:

- при развитом турбулентном течении

- при переходном режиме течения


	0.7	0.81	0.89	0.94	0.97

Коэффициент теплоотдачи от пресной воды к внутренней поверхности трубки:

, Вт/м²*К.

Коэффициент теплопередачи, отнесённый к наружной поверхности трубок, от пресной воды к морской и с учётом загрязнения (0,85…0,95):

, Вт/м²*К

где - коэффициент теплопроводности материала трубок, Вт/м*К.

Сталь нержавеющая =45… 60 Вт/м*К; латунь =90…120Вт/м*К; медь =350...400Вт/м*К; мельхиор =30Вт/м*К; алюминий 200…210 Вт/м*К.

Поверхность охлаждения: , м².

Далее выполняется расчет конструктивных элементов пучка, корпуса и гидравлических сопротивлений.

Результаты расчёта

Принимаем схему кожухотрубного охладителя с прямыми трубками диаметром с подвижной трубной решеткой. Охлаждаемая вода движется в межтрубном пространстве, омывая трубки снаружи. Охлаждающая вода движется внутри трубок.

Средняя температура охлаждающей вводы в охладителе:

Физические параметры охлаждаемой воды при средней температуре t = 40˚C:

Теплоемкость: c_p = 1,006 ккал/кг˚С = 4,212 кДж/кг˚С

Удельный вес: γ = 977,11 кг/м³

Коэффициент кинематической вязкости: ν =0,41 м²/с

Коэффициент теплопроводности: λ = 0,574 ккал/м² = 2,403 кДж/м²

Критерий Прандтля: Pr = 2,53

Количество тепла, отдаваемое охлаждаемой водой:

Q = G_п c_p = 5000 = 191,1 ккал/час = 222,25 кВт

Температура охлаждающей воды при выходе из охладителя:

t_в2 = t_в1 + = t_в1 +

Определяем значение по таблице:

= 0,937 ккал/кг ˚С = 3,923 кДж/кг

t_в2 = 28 + = 41,6 ˚С

Средняя температура охлаждающей воды:

Среднюю логарифмическую разность температур охлаждаемой и охлаждающей воды определим по формуле:

Δt = = = 30,21 ˚С

Внутренний диаметр корпуса охладителя принимаем D_k = 0,220м. Число охлаждающих трубок N = 108. Число ходов охлаждающей воды z_в = 2.

Физические параметры охлаждающей воды при средней температуре t = 34,8˚C:

Удельный вес: γ_в = 1016 кг/м³

Коэффициент кинематической вязкости: ν_в =0,763 м²/с

Коэффициент теплопроводности: λ_в = 0,502 ккал/м² = 2,102 кДж/м²

Критерий Прандтля: Pr_в = 5,2

Скорость охлаждающей воды в трубках:

W_в = м/с

Критерий Рейнольдса для охлаждающей воды:

Re_в = = = 15832

η_т - поправочный коэффициент, зависящий от числа Рейнольдса (η_т = 1,0)

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к охлаждающей воде определяем по формуле для переходного режима:

α_в = η_т = 1,0 0,023 15832^0,8 5,2^0,4 = 6388 ккал/м² час ˚С = 7,43 кВт/м² ˚С

Шаг разбивки трубок (коридорный):s_t =d_н + 6 мм = 0,016 м

Расстояние между трубками (зазор): y = 0,016-0,010 = 0,006 м

Расстояние между крайней трубкой и корпусом (среднее значение для трубок, расположенных между кромками соседних перегородок): y₀ = 0,0138 м

Количество рядов трубок, расположенных между кромками перегородок: n₀ =12

Количество зазоров между трубками в рядах, расположенных между срезами перегородок: m = 144

Расстояние между перегородками ориентировочно принимаем: h = 0,078 м

Площадь для прохода охлаждающей воды между перегородками:

= 0,0106м²

Скорость охлаждаемой воды между перегородками:

= = 0,129 м/с

Центральный угол сегмента, образованного вырезом в перегородке: = 146˚C

Количество трубок, расположенных в вырезе перегородки: N_с = 32 шт.

Площадь для прохода охлаждаемой воды в вырезе перегородки:

м²

Скорость охлаждаемой воды в вырезе перегородки:

= = 0,143 м/с

Средняя скорость охлаждаемой воды в охладителе:

w_п = = = 0,136 м/с

Критерий Рейнольдса для охлаждаемой воды:

= = 3320

Коэффициент теплоотдачи от охлаждаемой воды к стенке трубки:

α_п = = = = =2310 ккал/м² час ˚С = 2,686 кВт/м² ˚С

Коэффициент теплопроводности материала трубок МНЖМц30-1-1 (мельхиор):λ_т = 25 ккал/м час ˚С = 104,67 кДж/м час ˚С = 0,029 кВт/м ˚С

Коэффициент передачи от горячего теплоносителя к холодному:

k = = = 1562,5ккал/м² час ˚С = 1,817 кВт/м² ˚С

Поверхность охлаждения:

F_охл = = = 4,05 м²

Расчет гидравлических сопротивлений.

Цель гидравлического расчета теплообменного аппарата – определение величины потери давления теплоносителей при их движении через соответствующие полости аппарата.

Гидравлическое сопротивление складывается из двух составляющих: потери напора на преодоление трения и потери напора на преодоление местных сопротивлений: