Довжина трубок

де z – число ходів.

Площа живого перетину трубок:

де d_вн – внутрішній діаметр трубки.

Площа міжтрубного простору

Еквівалентний діаметр міжтрубного простору

Площа трубчатої поверхні теплообмінника

Середній діаметр вибирається так:

1.Якщо a₁ >> a₂, то d_cep = d ₂, де d ₂ – зовнішній діаметр труби;

2.Якщо a₁ << a₂, то d_cep = d ₁, де d ₁ – внутрішній діаметр труби;

3.Якщо a₁ ≈ a₂, то d_cep = 0,5 (d ₁ + d ₂).

Складний теплообмін:

де q_к, q_в – відповідно густина теплового потоку конвективного та випромінюванням.

Якщо переважає випромінювання:

Якщо переважає конвекція:

Розрахунок теплообмінних апаратів ведеться в такому порядку:

1. Задаються діаметром труб і швидкістю руху теплоносіїв: рідинного w_р =1¸3 м/с; газового w_г =10¸30 м/с;

2. По рівнянню теплового балансу визначають кількість переданої теплоти, Q, Вт.

3. Визначаються коефіцієнти тепловіддачі a ₁ і a ₂ , Вт·м²/К.

4. Визначається коефіцієнт теплопередачі k, Вт·м²/К.

5. Визначається середній температурний напір Δ t, ^оС.

6. Із загального рівняння теплопередачі визначається величина поверхні нагрівання, F, м².

7. Виконується конструктивний розрахунок теплообмінного апарату.

10.2. Розв’язання задач

Задача № 1. Розрахувати поверхню теплообміну апарата для нагрівання води димовими газами від t ₂'=N^oС до t ₂''=(80+N)^oС, температура димових газів змінюється від t ₁'=400^oС до t ₁''=(100+N)^oС. Теплообмінник обладнаний трубками діаметром d =22´2 мм, l _тр=20 Вт/(м×К). Коефіцієнти тепловіддачі від газів до стінки a ₁=(100+5×N)Вт/(м²×К), від стінки до води a ₂=(1500+50×N)Вт/(м²×К). Витрата води G =0,2×N кг/с. Розрахунок провести для прямо- і протитокової схеми руху теплоносіїв. Визначити число трубок у теплообміннику, якщо активна довжина труби l =2 м.

Дано: t ₁'=400^oC; t ₁''=100^oC; t ₂'=20^oC; t ₂''=80^oC; d =22×2 мм; l =2 м;

a ₁=400 Вт/(м²×К); a ₂=1500 Вт/(м²×К); G =0,2 кг/с; l _тр=20 Вт/(м×К)

F_прям -? F_прот -? n -?

Розв’язання:

Розрахунок коефіцієнта теплопередачі

Графік зміни температур для прямо- та протитечійного руху теплоносіїв

Розрахунок середнього температурного напору

Прямотечія	Протитечія
D tб = t 1'- t 2'= 400 – 20 = 380oC	D tб = 400 – 80 = 320oC
D tм = t 1''- t 2''= 100 – 80 = 20oC	D tм = 100 – 20 = 80oC

Теплова продуктивність теплообмінника

Q = G× c (t ₂'' – t ₂') = 0,2 × 4,19 (80 – 20) = 50,3 кВт

Поверхня теплообміну

Кількість труб у теплообміннику

Задача № 2. Витрата води через теплообмінник складає G =(100000+1000×N) кг/год. Густина води r =950 кг/м³, швидкість w =(1,0+0,01×N) м/с, діаметр трубок d ₂/ d ₁=16/14. Число ходів у теплообміннику z =3. Визначити конструктивні розміри теплообмінника, якщо довжина труб у ході l =(2+0,05×N) м. Розміщення труб - по сторонам рівностороннього трикутника, крок труб S =1,5× d _з.

Дано: G =100000 кг/год.; r = 950 кг/м³; w = 1,0 м/с; d ₂/ d ₁ = 16/14;

z = 3; l = 2 м; S = 1,5× d_з

Розміри –?

Розв’язання:

Число труб в одному ході

F = p× d _сер× l× n× z =3,14×0,015×2×190×3 = 53,7 м²

По табл.25 додатку числу труб n =190 шт. відповідає

При кроці S =1,5×16=24 мм діаметр між осями крайніх труб

D' = S ×14 = 24×14 = 336 мм

Діаметр корпуса, при прийнятому k =10 мм

D = D ' + d_з + 2 × k = 336+16+2×10 = 372 мм