ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА КОЖУТОТРЪБЕН ТОПЛООБМЕННИК
Ориз. 1 Схема на движение и температура на топлоносителите.
1. Изчисляване на средната температурна разлика между топлоносителите
Нека определим средната температурна разлика за предния поток на топлоносителите:
Нека определим средната температурна разлика при противотока на охлаждащите течности:
Тъй като няма добре дефиниран ток на топлоносител вътре в двуходовия кожухотръбен топлообменник, ще намерим средната температура между противотока и предния поток, която ще се използва в по-нататъшни изчисления:
2. Изчислете средната температура на всяка охлаждаща течност:
3. Нека запишем термофизичните свойства на охлаждащите течности при техните средни температури.
Таблица 1 Термофизични свойства на охлаждащите течности при техните средни температури.
4. Изчислете обемния дебит на амоняка:
5. Изчислете масовия и обемния поток на водата:
Въз основа на топлинния баланс и предварително установеното топлинно натоварване на апарата, получаваме:
6. Изчислете оптималните сечения на потока на пръстена
пространство (между преградите) и тръбно пространство. За да определим, ще вземем скоростта на движение на газообразния амоняк в пръстена равна на , а водата през тръбите равна на
От TU 3612-024-00220302002 „Кожухотръбни топлообменници с фиксирани тръбни листове и кожухотръбни топлообменници с температурен компенсатор върху корпуса“ избираме най-подходящия TNG топлообменник, чиито характеристики са обобщени в таблицата.
В техническите спецификации се казва, че по желание на клиента е разрешено устройство с диаметър на корпуса 325 и 400 мм да увеличи броя на проходите през тръбите до четири.
Таблица 2. Геометрични характеристики на избрания топлообменник
7. Изчислете действителната скорост на топлоносителите в избрания топлообменник:
8.Изчисляваме критерия на Рейнолдс и определяме начина на движение на всеки поток:
- развито турбулентно движение
9. Изчислете приблизителните коефициенти на топлопреминаване за всеки поток.
Коефициентът на топлопреминаване се намира по формулата. За изчислението е необходимо да изберете критериалното уравнение за изчисляване на критерия на Нуселт.
Тъй като студен поток тече напречно около сноп от гладки тръби с тяхното шахматно разположение, с турбулентен режим на движение на течността, критериалното уравнение за намиране на критерия на Нуселт има формата:
В уравнение (1) за определящ геометричен размер се приема външният диаметър на топлообменните тръби dн, като определяща температура е средната температура на топлоносителя.
Коефициентът на Прандтл се намира по формулата:
Замествайки горното, намираме критерия на Нуселт и приблизителния коефициент на топлопреминаване:
Тъй като горещият поток се движи в прави тръби в преходен режим, критериалното уравнение за изчисляване на критерия на Нуселт ще изглежда така:
- Критерий на Прандтл.
Коефициентът на Прандтл се намира по формулата:
Замествайки горното, намираме критерия на Нуселт и приблизителния коефициент на топлопреминаване:
10. Изчислете приблизителния коефициент на топлопреминаване, без да отчитате замърсяването на стените
където е коефициентът на топлопроводимост на стената на топлообменника (стомана 20)
11. Изчислете приблизителния коефициент на топлопреминаване, като вземете предвид замърсяването на стените
В амонячна хладилна машина маслото се утаява под формата на филм върху повърхността на апарата, в резултат на което се създава допълнително термично съпротивление и коефициентът на топлопреминаване намалява.
Маслото навлиза в апарата в резултат на частично увличане на парите на хладилния агент от масления компресор,както под формата на малки капки, така и в състояние на пара, тъй като при температури от 80-130 0 C се получава частично изпаряване на маслото - от 3 до 30%.
Става ясно, че е необходимо да се монтира маслен сепаратор преди топлообменника, за да се предотврати навлизането на масло в тръбите на топлообменника и по-нататъшното му пренасяне в кондензатора. Необходимо е да се използва маслен сепаратор, който не влияе на температурата на амоняка, и да се вземе предвид улавянето на изпареното масло чрез коефициента на термично съпротивление.
В тръбното пространство, поради използването на чешмяна вода и ниската скорост на потока, се създават благоприятни условия за замърсяване на топлообменната повърхност, което трябва да се вземе предвид при изчислението.
Намерете термичното съпротивление на стената и замърсяването:
където е термичното съпротивление на маслен филм с дебелина 0,1 mm
термична устойчивост на отлагания по стените на тръбите при използване на чешмяна вода.
- коефициент на топлопроводимост на стената на топлообменника (стомана 20)
Приблизителен коефициент на топлопреминаване, като се вземе предвид замърсяването на стените:
12. Изчислете температурата на стената от страната на всеки поток и преизчислете стойностите на коефициентите на топлопреминаване, топлопреминаване и специфична топлопроводимост.
Нека определим приблизително стойностите на и въз основа на факта, че
къде е сумата
Проверка на сумата:
Въз основа на това получаваме
Въвеждаме корекция на коефициента на топлопреминаване, като определяме.
Критерий на Прандтл за амоняк при
където - намерено с помощта на метода на частично линейна интерполация и обобщено в таблица 4.
Таблица 4 Топлофизични параметри на амоняка при температура на стената