Тепловий розрахунок

Розрахунок проводиться в такому порядку:

1. Встановлюються початкові дані: витрати теплоносіїв, їхні температури, наявність теплофізичних констант, схеми руху і розташування в просторі поверхні нагрівання.

2. Теплове навантаження визначають з рівняння теплового балансу:

- для теплообмінників без зміни агрегатного стану теплоносія:

; (6.6)

- зі зміною агрегатного стану одного з теплоносіїв:

; (6.7)

- зі зміною агрегатного стану двох теплоносіїв:

, (6.8)

де Q – кількість теплоти, що передається між теплоносіями (теплове

навантаження теплообмінника), кВт;

G₁, G₂ – витрати «гарячого» та «холодного» теплоносія, кг/с;

с₁, c₂ – питомі теплоємності теплоносіїв, кДж/(кг∙К);

t – температура теплоносіїв, °С;

η – коефіцієнт втрат теплоти в навколишнє середовище, приймається

η =1,03÷1,05;

D – витрата пари теплоносіїв, кг/с;

і – ентальпія, кДж/кг.

Індекси; 1 – «гарячий» теплоносій, 2 – «холодний» теплоносій, «'» - вхід в апарат, «"» - вихід з апарату; «п» - пара, «к» – конденсат, «р» – кипляча рідина.

3. Задаються діаметрами труби, швидкістю руху теплоносіїв в елементах апарату.

Рекомендуються швидкості: для рідини – 1÷3 м/с; для газу – 5÷25 м/с; пари – 10÷35 м/с.

4. Визначають вид конвективного теплообміну з боку первинного та вторинного теплоносіїв.

5. Розраховують коефіцієнти тепловіддачі з боку первинного α ₁ та вторинного α ₂ теплоносіїв. Визначення коефіцієнтів тепловіддачі ведеться у такому порядку: розраховується число Рейнольдса (Re), вибирається критеріальне рівняння, розраховується критерій Нуссельта (Nu), потім – коефіцієнт тепловіддачі α.

6. Розраховують коефіцієнт теплопередачі

, (6.9)

де – термічний опір забруднень поверхні нагрівання (накип, сажа,

органічні відкладення, окисли, масляна плівка та ін.).

7. Визначають середню різницю температур (температурний натиск) – середню логарифмічну або середню арифметичну для прямо- або протитечійного руху теплоносіїв

, (6.10)

якщо , то ,

де ∆ t _б і ∆ t _м – відповідно більша і менша різниця температур.

Для змішаних схем руху ,

де – поправка, що визначається за довідковими даними;

– середня різниця температур для протитечійного руху

теплоносіїв.

8. Визначають густину теплового потоку .

9. Порівнянням тепловіддачі та теплопередачі уточнюють температури стінок:

; (6.11)

; (6.12)

, (6.13)

де , – температури первісного («гарячого») та вторинного

«холодного» теплоносіїв;

, – температури на зовнішніх поверхнях чистої та забрудненої

стінки труби.

Якщо температури стінок, якими задались, не співпадають із розрахунковими температурами, то розрахунок повторюють, задаючись новими температурами стінок до збігу температур (різниця температур не повинна перевищувати 3°).

10. Визначають величину поверхні теплообміну із загального рівняння теплопередачі:

. (6.14)

У перевірочному розрахунку визначаються кінцеві температури теплоносіїв за формулами через допоміжні величини П і Z, які є функціями і визначаються за довідковими матеріалами.

Наприклад,

прямотечія:

; ; (6.15)

протитечія:

; . (6.16)