Как найти поверхность теплообменника

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.

Составим
уравнение теплового баланса

; (3.1)

. (3.2)

Подставив
исходные данные, получим

;

кг/с.

Количество
передаваемого тепла

Вт.

Поверхность
теплообменного аппарата определяется
по формуле

,
(3.3)

где
К_ор –
ориентировочный коэффициент теплопередачи,
Вт/(м²·К);

∆t_ср
–
средний арифметический температурный
напор между теплоносителями, °С;

Q-
тепловой поток в аппарате.

Для
предварительного выбора теплообменного
аппарата принимаем К= 120 Вт/(м²∙К),
как при передаче тепла от органических
жидкостей.

(3.4)

Величины
температурных перепадов на концах
аппарата Δt_б
и Δt_м

Δt_б
= 450 – 310 = 140 °C;

Δt_м
=80 – 70 = 10 °C;

Δt_ср=.

Подставив
полученные данные рассчитаем площадь
поверхности теплообмена аппарата

F
=м².

Произведем
подбор
по каталогу [1] всех типов теплообменных
аппаратов, которые могут быть применены
при заданной поверхности теплообмена.

Выберем
теплообменный аппарат типа ТК, у которого:

–
диаметр кожуха внутренний D=600
мм;

–
число ходов по трубам 4;

–
наружный диаметр труб d=25
мм;

–
поверхность теплообмена при длине
прямого участка труб l=6000
мм, F=116
м²;

–
площадь проходного сечения одного хода
по трубам f_тр=0,041м²;

–
площадь проходного сечения по межтрубному
пространству f_мтр=0,045
м².

3.3 Уточненный расчет поверхности теплообменника и окончательный выбор типа теплообменного аппарата

Поверхность
теплообменного аппарата вычисляется
по формуле

,
(3.5)

где
К_ут
–
уточненный коэффициент теплопередачи
без учета загрязнений, который вычисляется
по формуле

,
(3.6)

где
α₁
и α₂
–
коэффициенты теплоотдачи на внутренней
и наружной поверхностях трубок;

S_ст
и λ_ст
–
толщина стенки и теплопроводность
материала. В расчетах принимаем
= 30 Вт/(м·К) [7].

Коэффициенты
α₁
и α₂
зависят от режима движения теплоносителя
и физических свойств самих продуктов.

Произведем
уточненный расчет поверхности теплообмена
по уточненной теплоотдаче в трубном
пространстве.

Рассчитаем
линейные скорости движения потоков по
формулам

, (3.7)

где
G_тр

– расход воды, кг/с;

ρ_тр
–
плотность воды, кг/ м³;

f_тр
–
площадь проходного сечения по трубам,
м².

Подставив
данные, получим

м/с.

Режим
потока устанавливается в зависимости
безразмерного критерия Рейнольдса,
который определяется по формуле

;

(3.8)

.

Так
как критерий Рейнольдса
>10000
– движение турбулентное.

Для
турбулентного режима рекомендуется
следующая зависимость

,

(3.9)

где

–
критерий Нуссельта,

Критерий
Прандтля определяется по формуле

. (3.10)

Коэффициент
теплопередачи от внутренней поверхности
трубок определим по формуле

(3.11)

Подставив
данные, получим

;

;

.

Произведем
уточненный расчет поверхности теплообмена
по уточненной теплоотдаче в межтрубном
пространстве.

Рассчитаем
линейные скорости движения потоков по
формуле

, (3.12)

где
G_мтр–
расход стабильного бензина, кг/с;

ρ_мтр–
плотность стабильного бензина, кг/ м³;

f_мтр–
площадь проходного сечения по межтрубному
пространству, м².

Подставив
данные, получим

м/с.

Режим
потока устанавливается в зависимости
безразмерного критерия Рейнольдса,
который определяется по формуле

;

(3.13)

.

Так
как Re
> 10³
, то критерий Нуссельта находится по
следующей формуле:

(3.14)

где
с, n
– коэффициенты, зависящие от способа
размещения труб. Для труб, расположенных
по вершинам квадратов с=0,38, n=0,6;

ε_φ
– коэффициент, зависящий от многоходовости,
для стандартных теплообменных аппаратов
ε_φ
=
0,6.

Найдем
значение критерия Прандтля по формуле

. (3.15)

Коэффициент
теплопередачи от внутренней поверхности
трубок определим по формуле

. (3.16)

Подставив
данные, получим

;

;

.

Рассчитаем
уточненный коэффициент теплопередачи

Найдем
уточненную поверхность теплообменного
аппарата

м².

Таким
образом, уточненная площадь теплообмена
оказалась меньше площади теплообмена
по каталогу,
поэтому принимаем решение использовать
выбранный тип теплообменного аппарата

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Расчет площади теплообменника

Главное условие стабильной, эффективной работы системы теплообмена — это подбор теплообменных агрегатов с учетом точного соответствия конкретным эксплуатационным и техническим требованиям. Ключевым фактором для такого подбора является расчет площади теплообменника.

Конечно, существуют определенные стандарты, с универсальными параметрами, по которым можно подобрать оборудование для своего объекта. Тем не менее, часто в этой сфере индивидуальный подход более чем оправдывает себя. Проведение измерений и расчетов по конкретным данным позволяет получить максимальную отдачу от системы теплообмена. Кроме того, подобные вычисления попросту необходимы, если речь идет о работе по техническому заданию со строго обозначенными параметрами.

Методика расчета теплообменника предполагает несколько этапов.

Определение количества теплоты

Уравнение передачи тепла, используемое для установившихся единиц времени и процессов выглядит следующим образом:

Q = KFtcp (Вт)

В данном уравнении:

• К — значение коэффициента теплопередачи (выражается в Вт/(м2/К));
• tср — средняя разность температурных показателей между разными теплоносителями (величина может даваться как в градусах по Цельсию (0С), так и в кельвинах (К));
• F — значение площади поверхности, для которой происходит теплообмен (значение дается в м2).

Уравнение позволяет описать процесс, в ходе которого происходит передача теплоты между теплоносителями (от горячего — к холодному). Уравнение учитывает:

• отдачу тепла от теплоносителя (горячего) к стенке;
• параметры теплопроводности стенки;
• отдачу тепла от стенки к теплоносителю (холодному).

Определение коэффициента теплопередачи

Для предварительных расчетов теплообменного оборудования и разного рода проверок применяют ориентировочные значения коэффициентов, стандартизированные для определенных категорий:

• коэффициенты теплопередачи для процесса конденсации паров воды — от 4000 до 15000 Вт/(м2К);
• коэффициенты теплопередачи для воды, движущейся по трубам — от 1200 до 5800 Вт/(м2К);
• коэффициенты теплопередачи от парообразного конденсата к воде — от 800 до 3500 Вт/(м2К).

Точный расчет коэффициента теплопередачи (К) производится по следующей формуле:

В данной формуле:

• α1 — коэффициент теплоотдачи для греющего теплоносителя (выражается в Вт/(м2К));
• α2 — коэффициент теплоотдачи для нагреваемого теплоносителя (выражается в Вт/(м2К));
• δст — параметр толщины стенок трубы (выражается в метрах);
• λст — коэффициент теплопроводности материала, использованного для трубы (выражается в Вт/(м*К)).

Такая формула дает «идеальный» результат, обычно несоответствующий на 100% реальному положению дел. Поэтому в формулу добавляется еще один параметр — Rзаг.

Это показатель термического сопротивления различных загрязнений, формирующихся на нагревающихся поверхностях трубы (т.е. обычной накипи и др.)

Формула для показателя загрязнения выглядит так:

R = δ1/λ1 + δ2/λ2

В данной формуле:

• δ1 — толщина слоя отложений на внутренней стороне трубы (в метрах);
• δ2 — толщина слоя отложений на внешней стороне трубы (в метрах);
• λ1 и λ2 — значения коэффициентов теплопроводности для соответствующих слоев загрязнений (выражаются в Вт/(м*К)).

Методика расчета теплообменника (площади поверхности)

Итак, мы рассчитали такие параметры, как количество теплоты (Q) и коэффициент теплопередачи (K). Для окончательного вычисления дополнительно потребуется разность температур (tср) и коэффициент теплоотдачи.

Итоговая формула расчета теплообменника пластинчатого (площади теплопередающей поверхности) выглядит так:

В данной формуле:

• значения Q и K описаны выше;
• значение tср (средняя разность температур) получают по формуле (среднеарифметической либо среднелогарифмической);
• коэффициенты теплоотдачи получают двумя способами: либо с помощью эмпирических формул, либо через число Нуссельта (Nu) с использованием уравнений подобия.

04.05.2014 10:19

Расчет поверхности теплообмена

Рубрика: Теория производства теплообменников

---

Для установившихся процессов и временных единиц уравнение передачи тепла описывается так:

Q = KFtcp (Вт),

где нем К – является коэффициентом передачи тепла и измеряется в Вт/(м2/К);
tср – средняя разность теплот между носителями тепла, величина может измеряться как в Кельвинах, так и в градусах по Цельсию;

F – площадь поверхности обмена теплоты, измеряемая в квадратных метрах.

В свою очередь, проведя необходимые математические преобразования, можно определить поверхность теплообмена, зная количество теплоты, разность теплот и коэффициент отдачи теплоты.

Уравнение описывает процесс отдачи тепла от горячего носителя теплоты холодному с учетом отдачи тепла от горячего носителя теплоты к стенке, проводимости тепла к стенке и отдачи тепла от стенки к более холодному носителю теплоты.

Если в качестве примера взять задачу на теплообмен, реферат с подробным решением которой можно найти в глобальной сети на различных специализированных ресурсах, то можно понять, что в проверочных, а также в предварительных расчетах зачастую применяют приблизительные значения постоянных величин отдачи теплоты. При конденсации пара от -4 тысячи до 15 тысяч Вт, для воды, циркулирующей в трубах – от минус 1,2 тысяч до 5,8 тысяч Вт, для отдачи теплоты от конденсирующегося пара к воде – от 800 до 3,5 тысяч Вт.

Выполняя расчет площади теплообмена для подогревателей и теплообменников, которые используются на тепловых электростанциях, по всем известной формуле для плоской стенки можно вычислить общий коэффициент отдачи теплоты К:

 где α1 и α2 − константы отдачи тепла со стороны подогревающего и подогреваемого теплоносителя, Вт / (м2*К);

δст − толщина стенки трубки, м; Здесь надо учитывать гладкая она или оребренная труба;

λст – константа проводимости материала трубки, Вт / (м*К).

С учетом реальных условий применения в расчет поверхности теплообмена включают и величину термического сопротивления загрязнению, которое откладывается на нагреваемых поверхностях трубы. Это может быть коррозия, накипь, известковые отложения и т.п.

Эта величина рассчитывается исходя из толщины слоев грязи с наружно и внутренней поверхности трубы. Константы теплопроводности слоев загрязнений измеряются в Вт/(м*К) и обозначаются как δ1 и δ2.

Само термическое сопротивление загрязнению рассчитывается по формуле:

R = δ1 / λ1 + δ 2 / λ2

Формула расчета теплообменника имеет вид:

F=Q/KΔt_ср

При этом среднюю разность теплот можно вычислить по среднеарифметической либо средней логарифмической формуле. Коэффициент отдачи теплоты высчитывается по уравнениям подобия через Nu либо по эмпирическим формулам. О том, как высчитать количество теплоты, можно прочитать в предыдущем материале.

Практическое применение теплового расчета теплообменника

В нашем производстве теплообменных аппаратов знание поверхности теплообмена играет решающую роль. Допустим заказчик просит сделать теплообменник и указывает конкретную площадь, у него имеется старый аппарат. Все! Аппарат готов, остается только его собрать, это технические вопросы. Поэтому тепловой расчет теплообменника решает решающую роль и позволяет сделать правильный подбор аппарата.

Не много сложнее когда поверхности нет. Тогда уже поможет только тепловой расчет, главная цель которого определить эту самую поверхность. И когда она есть можно считать, что теплообменник уже готов. Нужно лишь определиться с расположением камер, корпуса, движением теплоносителем, какую трубку использовать гладкую, с профильной навивкой или оребренную. Какие материалы использовать: медные и латунные трубы, трубы из нержавеющей стали гостовские или ТУ-е или сталь черный металл. Можно почитать материал теория и практика расчета теплообменного аппарата, а так же материалы для производства теплообменников.

Еще раз отмечу, чтоб сделать теплообменник нужно знать главное поверхность теплообмена!

На этом я заканчиваю, а вы можете ознакомиться с оборудованием нашего производства.

• воздухоохладитель во-160-1280-н-ухл4
• газоохладитель огп 120
• трубные пучки

Кроме того мы занимаемся тем, что изготавливаем охлаждение силовых трансформаторов, как водяное, так и воздушное, пример маслоохладитель одц-160у1.

Помимо теплообменников, мы так изготавливаем принудительное охлаждение электродвигателя и мотор редуктора заводского исполнения.

Материал по рубрике

1. Связь теплообмена с теплопроводностью

Всем солнца, хорошего настроения и заказывайте теплообменники на Уральском заводе МеталлЭкспортПром!

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

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