Уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи. Окончательный выбор теплообменного аппарата

Расчет коэффициентов теплоотдачи с учетом темпера­туры стенки называется уточненным. Температуру стенки при этом рассчитывают методом последовательных при­ближений исходя из того, что при установившемся процес­се теплопередачи:

                                                                    (1.24)

                                     (1.25)       
                                            (1.26)
                                                            (1.27)

Рис. 1.3. Схема процесса теплопередачи

В формуле (1.27) r_ст = δ_cт/λ_ст - термическое сопротив­ление стенки. м²∙К/Вт; δ и λ - соответственно толщина стенки, и теплопроводность материала стенки, м и Вт/(м∙К); r₁ и r₂ - термические сопротивления загрязнений соответст­венно со стороны горячего и холодного теплоносителей, м²∙К/Вт [26].

Для первого приближения задаются значением темпе­ратуры стенки со стороны горячего теплоносителя, равным (t_cт.1)_I = t_cp.₁-q/α₁, где q - удельная тепловая нагрузка, опре­деляемая по формуле (1.23); рассчитывают коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке (α₁)_I с уче­том температуры стенки (t_cт.1)_I; (α₁)_I и температуру поверх­ности стенки со стороны холодного теплоносителя (t_cт.2)_I = (t_cт.1)_I — (q₁)_I∑r_ст; коэффициент теплоотдачи от стенки к хо­лодному теплоносителю (α ₂)_I и (q₂)_I. При несовпадении после первого приближения удельных тепловых нагрузок (q₁)_I и (q₂)_I выполняют второе приближение.

Температуру стенки со стороны горячего теплоносителя для второго приближения целесообразно принять равной (tст.1)ll = tср.1 – (qср)l/(αср)l, где (qср)l = [(q1)l  + (q2)l]/2 - средняя удельная тепловая нагрузка для условий первого приближения. Далее осуществляют расчет второго приближения по методике первого. Если при втором приближении разница (q1)ll и (q2)ll будет больше 5 %, расчет продолжают, определяя (tст.1)lll графически (рис. 1.4) по пересечению линий q1 = f(tст.1) и q2 = f(tст.1).

По ее графически найденному значению выполняют проверочный расчет. Если разность (q1)lll и (q2)lll окажется больше 5 %, то на график наносят значения (q1)lll (q2)lll и уточняют точку пересечения линий q1 = f(tст.1) и q2 = f(tст.2). Определив уточненное значение tст.1, выполняют

второй проверочный расчет. По его данным находят истинную величину коэффициентов теплоотдачи α₁ и α₂.

Далее по формуле (1.22) вычисляют коэффициент теплопередачи и площадь поверхности теплопередачи по формулам (1.1) и F = Q/qист, где qист - истинная удельная тепловая нагрузка, определяемая графически.

По государственным стандартам окончательно выбирают теплообменник с площадью теплопередающей поверхности на 10 - 15 % большей, чем ее расчетное значение.