Секционный теплобменник. Секционный Марсель. Тепловую мощность аппарата Q, расходы теплоносителей G

• Название: Тепловую мощность аппарата Q, расходы теплоносителей G
• Анкор: Секционный теплобменник
• Дата: 22.12.2022
• Размер: 153.69 Kb.
• Имя файла: Секционный Марсель.docx
• Тип: Документы; #859756

Задание 3
В секционном теплообменном аппарате охлаждается трансформаторное масло от температуры = 80 до = 40 . Холодная вода с температурой = 17 и ско­ростью = 2,5 м/с движется в кольцевом зазоре между большой и малой трубами. Схема движения теплоносите­лей - противоток. Скорость движения холодного теплоно­сителя принять из интервала w₁ = 1 – 3 м/с. Конструктивные параметры теплообменника: внутренний диаметр большой трубы D = 0,030 м, внутренний диаметр малой трубы d_вн = 0,017 м наружный d_нар = 0,020 м длина каждой секции не менее 1 м и не более 4 м, число параллельно соединенных секций = 3. Трубы выполне­ны из нержавеющей стали / меди / латуни. Определить число последовательно со­единенных секций n₂, тепловую мощность аппарата Q, расходы теплоносителей G₁ и G₂ и температуру холодного теплоносителя на выходе из теплообменника .

Вариант (по журналу)	,	,	,	w2,м/с	D, м	dвн, мм	dнар, мм		Материал трубок
20	80	40	17	2,5	0,030	17	20	3	Медь

Решение:

1. 
   Определим число труб по окружностям с учетом размеров:
   

Рисунок 1 - Разрез трубы

Задаемся шагом s=1,5 dнар= 0,02*1,5=0,03 м.

Получаем по окружности n=1 трубу.

- Площадь межтрубного пространства:



Где n – количество труб внутри большой трубы;

n₁ – число параллельно соединенных секций.


- трубного:



Расход воды в межтрубном пространстве:



Для определения скорости трансформаторного масла в трубе, необходимо определить теплофизические свойства при средней температуре:



Именно при температуре 60 градусов определим свойства трансформаторного масла:

- средняя плотность

- коэффициент теплопроводности

- удельная теплоёмкость С_р1 = 1,905 кДж/(кг·К);

- кинематическая вязкость

- динамическая вязкость

Тогда расход масла в трубном пространстве:



Запишем уравнение теплового баланса и определим тепловую нагрузку:



Далее выразим из теплового баланса температуру горячей воды на выходе из теплообменника:



Построим график температур:



Температурный перепад между теплоносителями на концах аппарата, прямоток ↑↑:





при :

2. 
   Определение значений коэффициентов теплоотдачи:
   

ПЕРВОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ

- от масла к стенке:

Задаемся неизвестными температурами стенок T_w1 и T_w2:

T_w1=Т1 – Δtср/2 = 60 – 33,75/2=43,13 °С;

T_w2= T_w1 – 1 = 43,13 – 1 =42,13 °С.

При средней температуре теплопроводность меди составляет
390 Вт/ (м²*К), тогда:

Найдем dэвк=R₀



Число Рейнольдса для горячего:



Получаем переходный режим течения, для переходного режима течения, уравнение определения числа Нуссельта имеет вид:



К_о=13,7 находим интерполяцией.

Число Прандтля:

• 
  для средней температуры масла составляет Pr1 = 87,8;
  
• 
  для температуры стенки Pr_w1 = 135. Тогда:
  

Значение коэффициента теплоотдачи:



- от стенки к воде:

При средней температуре воды определяем её теплофизические свойства:



Холодный теплоноситель – вода.

Выписываем значения параметров при температуре стенки 24,8 °С:

коэффициент теплопроводности

кинематическая вязкость

Число Прандтля:

• 
  для средней температуры масла составляет Pr2 = 6,22;
  
• 
  для температуры стенки Pr_w2 = 4,67. Тогда:
  

Число Рейнольдса:



Так как имеет собой турбулентный режим течения, то для нахождения числа Нусельта воспользуемся следующим уравнением:





Коэффициент теплоотдачи:



Определяем коэффициент теплопередачи. Так как соотношение dнар/dвн < 2, то загрязнение стенок не учитываем:



Уточняем температуры стенок T_w1 и T_w2:

q=K*(T₁-T₂) = 80.27 * (60 – 24.8) = 2825.66 Вт/м²

T_w1= T₁– q/α₁ = 60 – 2825,66/81,13 =25,17 °С;

T_w2= T₂+ q/α₂ = 24,8 + 2825,66/8087 = 25,15 °С.

Погрешность:

Δ1= (25,17 – 43,13) / 43,13 * 100 = 41,69 %

Δ1= (25,15 – 42,13) / 42,13 * 100 = 40,3 %

ВТОРОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ

Погрешность превышает допустимые пределы, поэтому осуществляем пересчет задав новые температуры стенок T_w1 и T_w2:

- Пересчет α₁. Для температуры стенки Pr_w1 = 250. Тогда:



Значение коэффициента теплоотдачи:



- Пересчет α₂. Для температуры стенки Pr_w2 = 4,55. Тогда:



Значение коэффициента теплоотдачи:



Пересчитаем коэффициент теплопередачи:



Уточняем температуры стенок T_w1 и T_w2:

q=K*(T₁-T₂) = 76,66 * (60 – 24.8) = 2698,6 Вт/м²

T_w1= T₁– q/α₁ = 60 – 2698,6 /77,44 =25,15 °С;

T_w2= T₂+ q/α₂ = 24,8 + 2698,6 /8139,9 = 25,13 °С.

Погрешность:

Δ1= (25,17 – 25,15) / 25,15 * 100 = 0,08 %

Δ1= (25,15 – 25,13) / 25,13 * 100 = 0,08 %

Погрешность НЕ превышает допустимые пределы, поэтому осуществляем дальнейший расчет задав новые температуры стенок T_w1 и T_w2:

Необходимая площадь поверхности:



Определяем число последовательно соединенных секций:





Уточним длину трубок: