Как найти площадь поверхности теплообмена

Как рассчитать площадь теплообменника.

Что бы её определить используется следующая формула расчета теплообменника, т.е. его поверхности:

Q=KFt_ср (Вт)

K – это коэффициент (коэф-т) теплопередачи, t_ср – общая средняя разность температур между близлежащими теплоносителями, а F – площадь теплообмена в метрах квадратных.

Данное уравнение рассчитывает площадь пов-ти, которая непосредственно принимает участие в передаче тепла от горячей поверхности к холодной. Теплоотдачу от источника тепла к стенке так же необходимо учитывать, её теплопроводность и уровень теплоотдачи от неё к холодному теплоносителю.

Во время проведения предварительных/проверочных расчетов для простоты расчетов применяют относительные (не точные) значения коэф-та теплопередачи. В них используются величины конденсации водяного пара – от 4000 до 15 000 Вт/ (м^2К), если вода проходит через трубу, то – от 1200 до 5800 Вт/ (м^2К), для определения теплопередачи пара к воде – K=800-3500 Вт/ (м^2К).

Выполняя расчет поверхности теплообменника для ТЭЦ, этот коэф-т рассчитать проблематично, поэтому определение коэф-та K, для большей точности производится следующим образом:

K=1/ (1/α_1 +δ /λ_ст +1/α_2)

α_ (1,2) — это показатели коэф-та теплоотдачи греющего и греемого теплоносителя Вт/ (м^2*К),δ_ (ст.) — размер толщины стенки трубы в метрах,λ_ (ст.) – коэф-т теплопроводности используемого материала трубы Вт/ (м*К). Помимо всего прочего необходимо учесть показатель термического сопротивления загрязнений (накипи и др.), скапливающихся на пов-ти — R_заг, который рассчитывается следующим образом:

R_заг =δ_1/λ_1 +δ_2/λ_2

δ_ (1,2) — загрязнения (толщина его слоя) изнутри и снаружи трубки в метрах

λ_ (1,2) — коэффициент его теплопроводности, Вт/ (м*К)

Что бы произвести расчет теплообменника, его площади используется формула:

F= Q/ (KΔt_ср)

Как рассчитать или откуда взять показатели Q и K сказано чуть ранее. Показатель разницы температур (t_ср) – рассчитывается при помощи средне — логарифмичной или арифметической формулам. K (коэффициент теплоотдачи) – так же необходимо рассчитывать отдельно по эмпирическим формулам или при помощи числа Нуссельта (Nu), используя уравнения подобия.

Поверхность теплообмена

Рубрика: Теория производства теплообменников

Исходя из уравнения теплопередачи для непереходных процессов: Q = KFtcp (Вт), можно сделать вывод, что чем больше площадь теплообмена, тем больше теплоты может передать то или иное устройство. И это правильно проектируя тот или иной теплообменный аппарат мы стремимся сделать площадь наибольшей оптимально конечно.

Поэтому для получения заданных характеристик инженеры в проектировании охладительных установок, радиаторов отопления, теплообменников, испарителей, тепловых аппаратов, маслоохладителей наряду с термическим сопротивлением загрязнениям, коэффициентами теплопроводности, вычисляют и площадь поверхности теплообмена по формуле:

F=Q/KΔt_ср

Количество теплоты можно вычислить по закономерности для плоской стенки:

Здесь α1 и α2 являются коэффициентами тепловой отдачи со стороны нагреваемого и подогревающего носителя тепла, λст – коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлена трубка или пластина, δст – толщина стенки. Эти показатели можно найти в справочной литературе.

Помимо нужно учесть какая труба используется: гладкая, пвт или оребренная труба.

Площадь теплообмена теплообменника

Теплообменники выпускаются регенеративного и рекуперативного типа. В последнем движущиеся среды разделены стенкой. Сегодня рекуперативными является большая часть теплообменников всевозможных конструкций. В другом виде холодные и горячие носители тепла контачат с одной и той же поверхностью теплообмена по череде. В них при контакте с горячим теплоносителем на стенке накапливается теплота, а при контакте с холодным теплоносителем она отдаётся.

Теплообмен – это процесс передачи тепла менее холодному теплоносителю. Именно на этом процесс сконструированы все теплообменники. Они нашли применение в химической, нефте-химической и нефтеперерабатывающей промышленности, в газовой, атомной, холодильной, коммунальном хозяйстве и быту.

Конструкция теплообменника зависит от сферы использования. Есть аппараты, в которых наряду с теплообменом протекают процессы смешения, испарения, конденсации и т.д.

Самые распространенные виды рекуперативных теплообменников в промышленности:

• Кожухотрубные – мб 20-30;
• Секционные – воздухоохладитель 2 воп-3;
• Витые;
• Погружные;
• Оросительные;
• Пластинчатые;
• Ребристые;
• Спиральные;
• Графитовые;
• Пластинчато-ребристые.

При выборе того или иного типа теплообменника следует учитывать условия эксплуатации. Так коэффициент теплопередачи пластинчатых устройств больше в три раза, чем у кожухотрубных, помимо этого меньше и в 4 раза поверхность теплообмена. Но в сравнении с иноземными пластинчатыми теплообменниками, отечественные кожухотрубные аналоги имеют свои преимущества: высокая надежность при гидравлическом ударе, меньшая стоимость. Это обеспечивается особой технологией нанесения на внутреннюю поверхность труб выступов небольшой высоты.

На этом я заканчиваю, а вы можете ознакомиться с образцами нашей продукции.

Наша продукция

1. трубные пучки – как на фото выше.
2. газоохладитель огп 50 для турбогенератора ТВ 60-2

Кроме теплообменников наш завод изготавливает мотор редуктор 2мч и водяное охлаждение электродвигателя.

Материал рубрики

• уравнение теплообмена

Прекрасного вам настроения, солнечных дней, заказов теплообменников на заводе МеталлЭкспортПром и Удачи!

© ural-mep.ru, МеталлЭкспортПром, 2008-2015 | Все права защищены

Завод сертифицирован по системе менеджмента качества ISO 9001-2011 (ISO 9001:2008)

Различают проектные и поверочные расчеты и теплообменных аппаратов. При проектных расчетах исходя из теплового расчета после предварительного выбора конструкции теплообменника определяют общую площадь поверхности нагрева.

Проектный расчет выполняют в следующей последовательности: определяют температурный режим процесса, тепловую нагрузку теплообменного аппарата и коэффициент теплопередачи, среднюю разность температур и средние температуры рабочих сред.

Поверочный расчет заключается в определении параметров теплоносителя, обеспечивающих работу данного подогревателя а расчетном режиме.

Научно обоснованная методика расчета пароконтактных подогревателей до настоящего времени отсутствует, но существует хорошо разработанная методика теплового расчета рекуперативных подогревателей.

Расчетная площадь поверхности теплообмена (м²):

F = Q / (kΔt_ср)     (12.1)

где Q  – теплота, подводимая в подогреватель, Вт;  k  – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);  Δt_ср – среднелогарифмическая разность температур, °С.

Коэффициент теплопередачи и среднелогарифмическая разность температур – основные величины, характеризующие эффективность работы теплообменного аппарата. При работе аппарата с увеличением  коэффициента теплопередачи k интенсифицируется процесс теплообмена.

Установлено, что во всех подогревателях сахарных растворов наблюдается установившийся турбулентный режим движения (Re>10000), растворы характеризуются значением Re>1, подогреватели – отношением длины трубок к их диаметру L/d>50, поэтому для определения коэффициента теплоотдачи от стенки к раствору во всех подогревателях используют критериальное уравнение:

Nu = 0,209Re^0,8Pr^0,43     (12.2)

Теоретически определено, что разность температур между греющим паром и нагреваемой жидкостью изменяется вдоль поверхности теплообмена по логарифмическому закону:

Δt_ср = ((T – t₁) – (T – t₂)) / ln [((T – t₁) / (T – t₂) )] = (t₂ – t₁) / ln [((T – t₁) / (T – t₂) )]     (12.3)

где Т – температура греющего пара, °С; t₁  – начальная температура нагреваемой жидкости, °С; t₂  – конечная температура нагреваемой жидкости, °С.

При площади поверхности нагрева подогревателя F (м²) и коэффициенте теплопередачи k – Вт/(м²·К) теплота Q (Вт), которая может быть передана за 1 ч через поверхность нагрева,

Q = FkΔt_ср = (Fk (t₁ – t₂ ) / ln [((T – t₁) / (T – t₂) )])     (12.4)

Если известна суточная производительность завода по свекле G (т/сут), количество нагреваемой жидкости m (к массе свеклы) и удельная теплоемкость с [Дж/(кг·К)], то теплота (Вт), необходимая для нагревания продукта от t¹ до t²,

Q = (1000Gmc / (24 * 60 * 3600)) * (t₂ – t₁)     (12.5)

Поскольку количество теплоты, передаваемой через поверхность теплообмена подогревателя, должно быть равно количеству теплоты, требующемуся для нагрева данной жидкости, то:

(Fk(t₂ – t₁)) / ln [((T – t₁) / (T – t₂) )] = (1000Gmc / (24 * 60 * 3600)) * (t₂ – t₁)     (12.6)

Сокращая обе части неравенства на  t₂ – t₁ , получим:

Fk / ln [((T – t₁) / (T – t₂) )] = 1000Gmc / (24 * 60 * 3600)     (12.7)

С учетом потерь теплоты, которые обычно составляют 3% общего ее расхода, требуемая площадь поверхности нагрева теплообменника (м²):

F = (1,03 * 1000Gmc ln [((T – t₁) / (T – t₂) )]) / (24 * 60 * 3600k)     (12.8)

Значение k находится из таблиц. Оно зависит от скорости движения сока в трубках подогревателя среднелогафмической разности температур, концентрации и свойств данного продукта (критерия Прандтля).

Скорость движения продукта в трубках подогревателя принимают равной для сока 1,5…1,9 м/с, для сиропа 0,3…0,5 м/с. Фактическая скорость продукта (м/с):

v = (10Gm) / (68 * 10⁵ * pd²n)     (12.9)

где  p – плотность продукта, т/м³; d – внутренний диаметр трубки, м; n – число трубок в одном ходе подогревателя.

При параллельном включении нескольких подогревателей скорость продукта (м/с):

v = Gm / (68 * 10⁵ * p (d₁²n₁ + d₂²n₂ + …. d_n²n_n))     (12.10)

где d – внутренний диаметр трубок каждого подогревателя, м;  n_n– число трубок в каждом ходе подогревателя