Проектиране, параметри и изчисляване на топлообменници масло-вода
(4.22)
където αvd е коефициентът на топлопреминаване от вътрешната повърхност на тръбите към охлаждащата вода; αm е коефициентът на топлопреминаване от маслото към външната повърхност на тръбите;dH, dBса съответно външният и вътрешният диаметър на тръбите на охлаждащия елемент.
Коефициентът на топлопреминаване αvd (W / (m 2 K)) се определя от критериалното уравнение
(4,23)
къде е критерият на Нуселт за водата; λvd е коефициентът на топлопроводимост на водата, W/(m K); — Критерий на Рейнолдс за водния поток; υvd е скоростта на охлаждащата вода в тръбите, чиято стойност е избрана равна на 1,3-2,5 m / s поради ограничението на най-ниската скорост според условието за осигуряване на турбулентния режим на движение на охлаждащата течност и най-високата - според условията на якостта на тръбите и консумацията на енергия за изпомпване на вода; υvd - коефициент на кинематичен вискозитет на водата, m 2 / s; — Критерий на Прандтл за водата; svd е специфичният топлинен капацитет на водата, kJ/(kg K); ρvd е плътността на водата, kg/m 3 . Физическите характеристики на водата се определят при средна температура tvd.sp.
Коефициентът на топлопреминаване αm се намира от критериалното уравнение
(4,24)
къде е критерият на Нуселт за петрола; λm е коефициентът на топлопроводимост на маслото, W/(m K); Rem, Rm са съответно критериите на Рейнолдс и Прандтл, свързани със средната температура на маслото; Рrt е критерият на Прандтл за масло, отнесен към температурата на стената на тръбата;Вке безразмерен коефициент, зависещ от външния диаметър на тръбите dН,, минималното разстояние δ между повърхностите на съседните тръби и отношението на вътрешния диаметър на корпуса D към разстоянието между преградитеl(за dН<> 2>=1 0 mm и δ = 3 mmBkсе определя от кривата на фиг.4.41).
Секционна площ (m 2 ) за преминаване на масло в пространството между тръбите на охлаждащия елемент
(4,25)
където GM е потокът на маслото през топлообменника, kg/s; ρm е плътността на маслото при средна температура, kg/m 3 ; υm е средната скорост на маслото в пръстеновидното пространство, която се приема в диапазона 1,2–2 m/s, ограничена отгоре при условия на рязко увеличаване на хидравличното съпротивление на пътя на маслото.
От условието за равенство на секциите за преминаване на масло в пръстена между преградите и над тях (фиг. 4.42), площта на сегмента на преградата
Фигура 4.41 - Зависимост на коефициентитеВкиСот съотношенията D/lпри
1,2— коефициентВкза топлообменник съответно с пръстеновидни и сегментни прегради;3— коефициентCза топлообменник със сегментни прегради.
Фигура 4.42 - Изчислителна схема на средното сечение на потока на топлообменници със сегментирани прегради:
D е вътрешният диаметър на корпуса; S е сегментната хорда; b е ширината на средната секция за преминаване на маслото;A— средно разстояние между центроветеfна масления поток в равнината на преградата;l— разстояние между преградите; t1, t2 - стъпка на разделяне на тръбата.
Стойности на централния ъгъл φ на преградния сегмент в зависимост от съотношениетоf/D2:
Очаквана температурна разлика между масло и вода
където е температурата на маслото, съответно на входа на топлообменника и на изхода от него; - съответно водата на входа и изхода на топлообменника и средната.
Очаквана стойност на охлаждащата повърхност на топлообменникаопределя се от уравнението за пренос на топлина
(4,27)
където Q е количеството топлина, отведено от маслото.
При термично изчисление са необходими първоначалните данни: количеството топлина, отнета от маслото, W; стойности на дебитите на масло и вода през топлообменника (съответно Gmи Gvd), kg/s, известни от техническите характеристики на дизеловите помпи; температури на маслото на входа t'M и изхода t'M на топлообменника, известни също от спецификацията на дизела; температурата на водата на входа на топлообменника t'WP се взема в съответствие с предварително избраната схема за движение на водата през топлообменниците във веригата. Преди изчислението изберете външните dии вътрешните dinдиаметри на тръбите на охлаждащия елемент, разбивката на тръбите в тръбния лист, което се дължи на най-малкото разстояние между съседни тръби 5; както и броя на ходовете на охлаждащата вода zvd.
След термичното изчисление се извършва хидродинамично изчисление на топлообменника, което се състои в определяне на хидравличните съпротивления на маслените и водните пътища. Общо хидравлично съпротивление (Pa) на масления път на топлообменника
къдетоtTе броят на редиците от тръби, перпендикулярни на потока масло;С, р— експериментални константи. За топлообменници със сегментни прегради при dН= 10 mm и δ = 3 mm в диапазона Rem = 10–250, константатар =0,65. Стойността на C се взема съгласно графика (фиг. 4.41).
Хидравлично съпротивление на водния път на топлообменника (Pa)
(4,29)
където L е общата дължина на тръбите, m; βTR е коефициент, зависещ от средната температура tvd.sr и скоростта υvd на водата (фиг. 4.43).
Консумирана мощност (W) за изпомпване на вода и масло през топлообменници:
където ηVD,ηm е ефективността съответно на водната и маслената помпи.
Дизеловите топлообменници масло-вода са включени във водната верига последователно с радиатора, така че тяхната работа зависи от съотношенията на реализираните температурни разлики.
Системи за обновяване и повторно охлаждане.