Исходя из заданной скорости движения воды в трубках, определим количество трубок в одном ходе и в целом в теплообменнике

Количество трубок в одном ходе

V=n₀(π d²_вн/4)W_т

и n₀=4V/(πd_вн²*W_т)

Здесь

W_т = 1м/c - скорость воды внутри трубок (задана);

d_вн = 14мм = 0,014м – внутренний диаметр трубок (задан);

n₀ - количество трубок в одном ходе.

n₀ = 4*40/(3,600*π*14²*10^-6*1) = 72шт.

Общее количество трубок в теплообменнике при заданном числе ходов z = 2

n = n₀*z=144шт

4. Рассматриваем различные способы размещения трубок на трубных досках и выбираем диаметр корпуса теплообменника.

Существует два основных способа размещения трубок - ромбический и по концентрическим окружностям. Наиболее компактный способ, при котором трубная доска оказывается наиболее полно использована (при одинаковом наименьшем расстоянии между осями трубок) - это ромбический способ с углом между осями трубок - альфа = 60^0. (рис.2, см. Приложение).

При коэффициенте использования трубной решетки φ = 0,7 диаметр расположения периферийных трубок (по осям)

D_т =1,13S /√n*sin(альфа)/ Ψ

Примем шаг между трубками S=25мм (из соображения, что расстояние минимальное между трубками равно 9мм).

D_т = 1,13*25*√ (144/0,7)*sin60 ⁰С =377мм

Определяем диаметр D_т также и по точной компоновке при ромбическом размещении трубок на трубной доске (Таблица №2, см. Приложение).

При количестве трубок n = 144 = п¹ значение D_т/s=14 и, следовательно,

D_т = 14*25=350мм.

Диаметр корпуса теплообменника определим по зависимости

D = D_т+d_н+2к = 350+16+2*20=406мм

Здесь d_н - наружный диаметр трубок, а к = 20мм - зазор между периферийными трубками и корпусом теплообменника. Принимаем для корпуса подогревателя трубу 426/414мм (студентам самостоятельно подобрать трубу по ГОСТ). Толщину стенки трубы оцениваем по прочности.

б = (Р-В)*D*l/(2δ*l) ≤ [б]

δ = 6мм - толщина стенки; D = 414мм – внутренний диаметр трубы; В =1 ат – атмосферное давление; l - длина трубы; [б] – допускаемые напряжения в трубе; б – напряжения в трубе. Для углеродистой стали

[б] = 200МПа ≈ 20кг/мм² = 2000кг/см².

б = (4-1)*414*10^-1*l/(2*δ*l)=3*41,4/1,2=105кг/cм² = 105*9.81*100Н/мм² = 0,103МПа.

Напряжения очень малы.

5. Приведенное (среднее) число трубок в вертикальном ряду.

При конденсации пара конденсат стекает с верхних трубок на нижние. Пленка конденсата на нижних трубках тем толще, чем больше трубок в вертикальном ряду. Коэффициент теплоотдачи со стороны пара – конденсата определяется по приведенному количеству трубок в вертикальном ряду

m ≈ √n = √144 = 12шт.

6.Определяем коэффициент теплоотдачи от пара – конденсата к стенке трубы.

Коэффициент теплоотдачи определяется, главным образом, термическим сопротивлением пленки конденсата, т.е. зависит от её толщины, режима течения пленки, физических свойств конденсата и от температурного напора между конденсатом и стенкой трубы.