МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ

Из парожидкостных подогревателей наиболее рациональным является многоходовой по трубному пространству кожухотрубный теплообменник жесткой конструкции.

Интенсификация теплообмена является одним из основных направлений развития и усовершенствования тепловой аппаратуры пищевых производств. Разбивка пучка трубок на ходы и установка межтрубных перегородок приводит к повышению скорости движения рабочих тел, и интенсирует теплообмен в подогревателях.

К поверхностным теплообменникам, в которых передача тела осуществляется через стенку, разграничивающую теплоносители, относятся теплообменники типа «труба в трубе», змеевиковые, кожухотрубные и другие. Расчет поверхностных теплообменников содержит тепловой, конструктивный и прочностной расчеты.

Процесс передачи тепла от горячего теплоносителя холодному, учитывающей теплоотдачу от горячего теплоносителя стенке, теплопроводность стенки и теплоотдачу от стенки к холодному теплоносителю, подчиняется основному уравнению теплопередачи, которое для установившихся процессов имеет вид:

_ср                                                                          (1)

Пользуясь уравнением (1), определяем площадь теплопередаюшей поверхности:

F=                                                       (2)

Где F – теплопередающая поверхность теплообменника, м² ;

Q – количество теплоты, переданное от горячего теплоносителя холодному через стенки нагревательных трубок, Вт.

Значение Q определял из уравнения теплового баланса теплообменника.

_ср – температурный перепад или средняя движущая сила теплового процесса, °c.

Значение _ср определял из статистики теплового процесса с учетом разницы температур на входе и выходе из теплообменника по среднеарифметической или среднелагорифмической формулам.

К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м² ).

Он учитывает теплоотдачу от горячего теплоносителя к стенке и коэффициент теплоотдачи а₁,теплопроводность материала стенки нагревательной трубки аст и ее толщину б, теплоотдачи от нагретой стенки трубки к холодному теплоносителю и коэффициент теплоотдачи а₁.

Определял значение К по формуле:

К =                                                   (3)

Значения коэффициентов теплоотдачи а₁ и а₂ определяют через критериальные уравнения Nu = f ( Re , Pr …), где Nu – критерий Нуссельта, который характеризует теплоотдачу, связан с коэффициентом теплоотдачи а.

Определив F по выражению (1), можем определить и габаритные размеры аппарата, число нагревательных трубок и число ходов.

Тепловой расчет теплообменника включает определение величин Q, t_ср, К и последующее определение теплопередающей поверхности теплообменника F по выражению (2). Для этих расчетов необходимо знать физические параметры теплоносителей.

Для горячего теплоносителя эти параметры определяются по таблицам приложений при температуре пленки конденсата. Эта температура примерно на 3  ниже температуры греющего пара, которую определяют по заданному давлению пара Р. Для холодного теплоносителя – физические параметры воды определяют по средней температуре воды.

Для определения физических параметров часто используют метод интерполяции, что допустимо для инженерных расчетов.

По воде при t _ср

в,кг/м³ – плотность, 988;

Ср, Дж/(кг К) – средняя удельная теплоемкость, 4180;

,Вт/(м К) – теплопроводность, 0.648;

, Па с – коэффициент динамической вязкости, 0.548;

,м²/с – коэффициент кинематической вязкости, 0.556;

_п,  - темпиратура греющего пара по заданному давлению пара Р=0,35 МПа, 133,4°С;

_к, ,  - температура пленки конденсата130.4;

, кДж/кг – теплота теплообразования, 2147.9 ;

_п, кг/м³ – плотность пара, 1.908;