Расчет коэффициента теплопередачи

Для определения поверхности теплопередачи и выбора варианта конструкции теплообменного аппарата необходимо определить коэффициент теплопередачи. Он рассчитывается с помощью уравнения аддитивности термических сопротивлений получаемого путем совместного решения уравнений 1.1 – 1.3:

(3.21)

или с учетом загрязнений по обе стороны теплопередающей стенки:

(3.22)

где и - коэффициенты теплоотдачи со стороны теплоносителей; - теплопроводность материала стенки; - толщина стенки; , - термические сопротивления слоев загрязнений с обеих сторон стенки.

Это уравнение справедливо для передачи тепла через плоскую или цилиндрическую стенку при условии, что R_Н/R_В<2 (где R_Ни R_В— наружный и внутренний радиусы цилиндра).

Однако на данной стадии, расчет коэффициента теплопередачи практически не осуществим, поскольку для расчета коэффициентов теплоотдачи и необходимо знать геометрические характеристики теплопередающих поверхностей: размеры теплообменных труб и их количество, которые в свою очередь неизвестны. Поэтому в дальнейшем расчеты проводят по методу последовательных приближений. Вначале, на первом этапе, принимают ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К_ор, и рассчитывают ориентировочное значение поверхности теплообмена F_ор по уравнению (1.5). После чего по ориентировочному значению поверхности теплопередачи подбирают по табличным данным нормализованный вариант конструкции теплообменного аппарата, а затем проводят уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи и требуемой поверхности(F_расч.). Так же решается вопрос о том, какой теплоноситель направить в трубное пространство, что обусловлено его температурой, давлением, коррозионной активностью, способностью загрязнять поверхности теплообмена, расходом и д.р. Целесообразно в трубное пространство пускать теплоноситель с меньшим расходом и большей температурой.

Число труб, приходящихся на один ход теплоносителя, рассчитывается по формуле:

(3.23)

Далее проводят сопоставление выбранного варианта нормализованного теплообменника с расчетными по величине коэффициента запаса В:

(3.24)

Допускается, как правило, превышение стандартной поверхности нормализованного теплообменника над расчетной не более чем на 20%, в противном случае выбирают другой вариант конструкции нормализованного теплообменного аппарата и расчеты повторяют. В отдельных случаях коэффициент запаса может составлять и большую величину (до 40%).

Число повторных расчетов зависит, главным образом, от сте­пени отклонения ориентировочного значения коэффициента тепло­передачу от расчетного и значительно сокращается по мере выяв­ления закономерностей влиянии параметров конструкции теплообменных аппаратов на интенсивность процессов теплоотдачи, а следо­вательно и коэффициента теплопередачи и вместе с тем на вели­чину теплопередающей поверхности. Следует помнить правило, что коэффициент теплопередачи по своей величине всегда мень­ше меньшего из коэффициентов теплоотдачи. Следовательно, уве­личивая меньший коэффициент теплоотдачи за счет изменения геометрических характеристик теплообменного аппарата при повторном подборе, мы, тем самым, повышаем коэффициент теплопередачи, что приводит к снижению необходимой поверхности теплопередачи. И наоборот.

Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи, а так же значения тепловой проводимости загрязнений стенок приведены в таблицах 3.2 и 3.3.

Таблица 3.2

Ориентировочные коэффициенты теплопередачи К

Вид теплообмена	К, Вт/(м2К)	Вид теплообмена	К, Вт/(м2К)
Для вынужденного движения	Для свободного движения	Для вынужденного движения	Для свободного движения
То газа к газу От газа к жидкости От конденсирующегося пара к газу От жидкости к жидкости: для воды для углеводородов и масел	10-40 10-60 10-60     800-1700 120-270	4-12 6-20 6-12     140-430 30-60	От конденсирующегося водяного пара: к воде к кипящей жидкости к органическим жидкостям От конденсирующегося пара органических жидкостей к воде	800-3500 - 120-340 300-800	300-1200 300-2500 60-170 230-460

Таблица 3.3

Тепловая проводимость загрязнений стенок

Теплоносители	, Вт/(м2К)	Теплоносители	, Вт/(м2К)
Вода: загрязненная среднего качества хорошего качества дистиллированная Воздух	1400-1860 1860-2900 2900-5800	Нефтепродукты, масла, пары хладоагентов Нефтепродукты сырые Органические жидкости, рассолы, жидкие хладоагенты Водяной пар, содержащий масла Пары органических жидкостей