И гидравлического расчетов тоа

Укрупненная схема-алгоритм теплового расчета ТОА показана на рис. 3.1.

Расчеты выполняются в табличной форме, которая указана ниже. Обращаем внимание, что в соответствующих столбцах, кроме записи формулы в общем виде, должна обязательно присутствовать запись с конкретными подстановками чисел в эту формулу. Причем это должно быть сделано для случая последней итерации.

В соответствии с исходными данными определяются средние температуры и по ходу теплоносителей. Эти температуры являются определяющими при выборе теплофизических свойств (см. приложение А).

С использованием уравнения теплового баланса

(3.1)

определяется передаваемый в аппарате тепловой поток Q и требуемый расход G₁. Другим основным уравнением является уравнение теплопередачи

. (3.2)

Значение Dt зависит от схемы тока теплоносителей. Наилучшие условия теплопередачи и наибольшее Dt достигается при противоточной схеме течения теплоносителей. В этом случае определяется среднелогарифмический температурный напор по зависимости:

,

где и – соответственно наибольший и наименьший температурные напоры, независимо от начала и конца теплообменной поверхности (см. рис. 2.3).

В случае использования других схем тока теплоносителей определение Dt осуществляется с помощью введения поправочного коэффициента e_Dt :

Dt = Dt_Л × e_Dt.

Значения e_Dt выбираются по специальным графикам (см. приложение Б) в зависимости от вспомогательных параметров:

, .

Коэффициент теплопередачи К учитывает процессы теплоотдачи с обоих сторон теплопередающей трубки и теплопроводности в самой трубке. Как правило, у труб, применяемых в теплообменниках d₂/d₁ < 1,4. Это позволяет с достаточной точностью зависимости для цилиндрических стенок заменить на зависимости для плоских стенок. Тогда:

.

Значения термических сопротивлений R₁ и R₂ вследствие загрязнения поверхностей трубок определяются по приложению В. Значения и определяются по результатам расчетов.

Скорости течения теплоносителя 1 в трубах задаются с использованием рекомендаций приложения Г. Если теплоноситель 1 – вода, а теплоноситель 2 – вязкая жидкость (масло), то задаваемые значения из приложения Г следует уменьшить примерно в 2…3 раза. Это объясняется тем, что определяющей будет теплоотдача теплоносителю 2 и нет особой необходимости обеспечивать высокие скорости . Значение является основой для определения требуемого количества труб n₁* c использованием уравнения неразрывности:

.

Определяется общее количество труб n с учетом числа ходов Z₁. Далее трубы компонуются в трубный пучок по схеме правильных треугольников. Уточняется количество труб и достигаемые при этом . Полученные данные позволяют рассчитать теплоотдачу внутри труб в соответствии с зависимостями, приведенными в приложении Д. При этом отношением (Pr₁ / Pr_С1)^0,25 пренебрегаем. Следует обратить внимание, что с целью упрощения расчетов значением (Pr₁ / Pr_С1)^0,25 пренебрегают только при расчете теплоотдачи теплоносителя 1. При расчете теплоотдачи со стороны теплоносителя 2 отношением (Pr₂ / Pr_С2)^0,25 не пренебрегают(см. указания приложения Ж).

Расчет требует знания F. Для этого задаются в первом приближении значением К* (см. приложение Е) и по уравнению (3.2) определяют F.

.

Далее определяют , задаются шагом труб в трубном пучке S, диаметром трубного пучка D_ТП, определяют внутренний диаметр корпуса D, требуемую длину lмежду трубными досками, количество ходов Z₂ в межтрубной полости, проходное сечение f₂ и скорость . Если достигнутая скорость существенно превышает рекомендованные значения в приложении Г, необходимо предпринять меры по ее уменьшению.

Расчет ведется по зависимостям, указанным в приложении 7. При этом рассчитывается значение (Pr₂ / Pr_С2)^0,25. Значение Pr₂ определяется по таблицам теплофизических свойств для теплоносителя 2 при средней температуре этого теплоносителя. Значение Pr_С2 определяется по тем же таблицам для того же теплоносителя, но при температуре .

Найденные значения , , R₁, R₂ и известные d_С и l_С позволяют рассчитать значение коэффициента теплопередачи К, которое сопоставляется с заданным ранее К*. При разнице более 3 % расчет повторяется и при этом рекомендуется задаваться новым численным значением коэффициента теплопередачи К*, равным 0,5(К + К*) -см. рисунок 3.1.

После выполнения указанного расчета уточняются размеры подводящих патрубков ТОА и диаметр сферы крышек.

Толщина трубных досок, крышек и т.д. определяется исходя из условий обеспечения прочности и технологичности, и не является задачей данного расчета.

Значения DР по каждому из трактов ТОА может быть найдено как сумма всех гидравлических сопротивлений по ходу течения теплоносителя:

.

В приложениях И, К, Л даны необходимые для этого зависимости и коэффициенты местного сопротивления.

Следует еще раз подчеркнуть, что приведенный упрощенный расчет является первым этапом проектирования ТОА, в ходе которого определяются его размеры и гидравлическое сопротивление. В дальнейшем, в зависимости от допустимых габаритов и гидравлического сопротивления, стараются изменить элементы конструкции и режимы течения теплоносителей (Z₁, Z₂, n, , и т.д.) с целью удовлетворения всем требованиям. Поэтому студенту необходимо уяснить влияние различных параметров на характеристики ТОА и, в случае необходимости, при завершении расчетов дать соответствующие рекомендации.