Определение основных параметров охладителя масла судового двигателя

Исходные данные: мощность двигателя N_e = 650 кВт; тип охладителя - водомасляный, кожухотрубной конструкции с гладкими медными цилиндрическими трубами; число ходов: по направлению движения воды n_w = 2, масла n_м = 8 (см. рис. 266). Охлаждающая жидкость - забортная вода с темпе­ратурой на входе Т _w1 = 302 К и на выходе Т _w2 =306 К из охладителя. Средняя температура T_{w ср} = 304 К. Теплофизические параметры воды при средней температуре плотность ρ_w = 995,7 кг/м³; удельная теплоемкость c_w =4,174 кДж/(кг·К); коэффициент кинематической вязкости ν _w = 0,805·10^-6 м²/с; коэффициент теплопроводности λ_w =0,612 Вт/(м·К); число Прандтля Pr _w = 5,45.

Температура масла на входе в охладитель Т_М1=358 К, температура масла на выходе из охладителя Т _М2 = 348 К, средняя температура масла Т_м.ср= 353 К. Теплофизические параметры масла при средней температуре: плотность ρ_м = 870 кг/м³; удельная теплоемкость с_м = 2,053 кДж/(кг·К); коэффициент теплопроводности λ_м = 0,123 Вт/(м·К); коэффициент кинематической вязкости ν_M = 20 · 10^-6 м² / с; число Прандтля Рr_м = 290.

Выбираем основные конструктивные размеры охладителя: d_вн = 8 мм; d = 10 мм; диаметр пучка труб D =180 мм; рас­стояние между трубами S₁ = 12,5 мм; полная длина труб L= 500 мм; шаг между перегородками Н = 62,5 мм; эквива­лентный диаметр труб d_эw, = 8мм; эквивалентный диаметр масляного канала d_э.м = 4,81 мм.

Количество теплоты, которое необходимо отвести от масла.

Q = q_м N_e / η _e = 0,03· 650/0,39 Дж/с = 50000 Дж/с,

где q_M -удельное количество теплоты, q_M = 0,01 ÷ 0,04. При­нимаем q_M = 0,03; η _e -эффективный КПД двигателя, прини­маем η _e = 0,39.

Массовый расход воды в охладителе

G_w = Q/[c_w(T_w2 - Т_w2)] = 50000/[4174(306 - 302)]кг/с = 2,99 кг/с.

Массовый расход масла через охладитель

G_м = Q /[с_м(Т_М1 - Т_М2)] = 50000/[2053(358 - 348)] кг/с = 2,435 кг/с.

Принимаем скорость воды в трубах w_w = 0,7 м /с

Число труб в пучке

z_тр = G_wn_w/(ρ_wf_тpw_w) = 2,99 · 2/(995,7 · 50,24 · 10 ^-6 · 0,7) = 172,

где f_тp = πd²_вн /4 = 50,24 · 10^-6 м².

Число Рейнольдса для воды

Re_w = w_w d_вн / ν _w = 0,7 · 0,008 / (0,805 ·10^-6) = 6956

Число Нуссельта при переходном режиме течения опреде­ляем по формуле (188): Nu_w = 47,85 [числа Nu_w =8,9 дляламинарного режима и Nu_{w т} = 78,3 для турбулентного режима течения рассчитываем по формулам соответственно (185) и (189)].

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды

α _w = Nu _w λ _w / d_вн = 47,85·0,612/0,008 Вт/(м²·К) = 3661 Вт/(м²·К).

Число Рейнолъдса для масла (при скорости масла w_M = = 0,59 м/с)

Re_м = w_мd_э.м / ν _m = 6,59·0,00481 /(20·10^-6) = 141,8.

Число Нуссельта для масла при Рr_ст = 817 определяем по формуле (230): Nu_м = 16,9.

Коэффициент теплоотдачи со стороны масла

α_м = Nu_мλ _м / d_э.м = 16,9·0,123/0,00481 Вт / (м² · К) == 432,6 Вт/(м²·К).

Коэффициент теплопередачи без учета загрязнения [см. формулу (179)]: k = 376,5 Вт/(м² ·К).

Средний температурный напор при р _пр = 1 рассчитываем

по формуле (177): Δ T =48,92 К.

Площадь необходимой поверхности охлаждения

F = Q /(ΔT·k) = 50 000/(48,92 ·376,5)м² = 2,714 м².

Коэффициент компактности

k _кп = 4F/(πD²L) = 4 · 2,714 /(3,14 · 0,182 ·0,5) 1 / м = 213 1 /м.

Коэффициент использования объема трубного пучка

K_v =4Q/(ΔTπD²L) = 4·50 000/ (48,92 · 3,14 · 0,182 · 0,5) Вт/ (м³ · К) = 80 370 Вт/ (м³ · К).

Тепловая эффективность η = (Т_М1 - Т_М2)/(Т_М1 - T_W1) = (358 - 348)/(358 - 302) = 0,1785.