4.3. Схема поверочного расчета та с использованием среднелогарифмического температурного напора.
Заданными
являются фактическая площадь
теплопередающей поверхности
и любая пара температур из набораt1'
и t2',
t1"
и t2".
Расчет выполняется в такой последовательности.
1) Задают значение еще одной концевой температуры; например, если заданы t1" и t2', то задают значение t1' по условиям эксплуатации или технологии.
2)
Определяют значение неизвестной концевой
температуры (в нашем случае
)
из уравнения теплового баланса
3)
Рассчитывают средний температурный
напор
.
4) Находят коэффициенты теплоотдачи: α1 от греющего теплоносителя к стенке трубы и α2 от стенки трубы к нагреваемому теплоносителю.
5) Находят коэффициент теплопередачи кв , отнесенный к площади Fвф.
6)
По уравнению теплопередачи (
)
определяют требуемую для обеспечения
температурt1'и
t1",
t2'
и t2"
площадь поверхности теплообмена
.
7) Определяют коэффициент запаса
.
Если
,
то расчет заканчивают, если
,
то назначают новые, скорректированные
по результатам выполненного расчета,
значения концевых температур и расчет
повторяется вновь до получения требуемой
величины коэффициента запаса
.
Гидравлический расчет проводится в той же последовательности, что и в схеме расчета 4.1
4.4. Схема поверочного расчета та с использованием метода η-s(ntu)
1. Выполняют расчеты по п.п. 1…5 предыдущей схемы расчета.
2. Определяют число единиц переноса теплоты
3. Находят соотношение теплоемкостей массовых расходов
4. Определяют тепловую эффективность ТА
.
5. Находят тепловой поток (фактический)
6. Находят коэффициент запаса
,
где Q - тепловой поток, найденный из уравнения теплового баланса.
Если
,
то расчет можно считать законченным.
Если
,
то назначают новые, скорректированные
значения концевых температур и расчет
повторяется вновь до получения требуемой
величины коэффициента запаса кз.
Иногда при поверочном расчете известен коэффициент теплопередачи к. В этом случае поверочный расчет ТА методом η-S имеет преимущества по сравнению с методом среднелогарифмического температурного напора, так как он исключает при расчете последовательные приближения.
Лабораторная работа № 3
Поверочный расчет авиационного кожухотрубного теплообменного аппарата
1. Задание на выполнение расчета
Выполнить тепловой и гидравлический расчет кожухотрубного одноходового аппарата (ТА) перекрестного тока, предназначенного для подогрева топлива, для охлаждения воздуха или масла.
Горячий
(теплоотдающий) теплоноситель (воздух,
масло) с массовым расходом G1,
давлением и температурой на входе P1
и t1
движется внутри труб (в трубной полости).
Холодный (тепловоспринимающий)
теплоноситель (топливо, воздух) с массовым
расходом G2,
давлением и температурой на входе
и
движется в межтрубном пространстве (в
межтрубной полости).
Теплообменник имеет форму цилиндра с длиной L и внутренним диаметром кожуха Dк (рис.3.1). Пучок прямых цилиндрических труб ограничен двумя плоскими трубными досками и цилиндрическим кожухом.
Геометрические характеристики пучка: L – длина труб с учетом толщины трубных досок; Lтр – длина труб без учета толщины трубных досок; αтр - наружный диаметр труб; δтр – толщина стенок труб. Расположение труб в пучке – шахматное (рис.3.2); х1 – величина зазора между трубами в направлении, перпендикулярном направлению потока теплоносителя в межтрубной полости; х2 – величина зазора между трубами соседних рядов; х4 – расстояние между осями соседних рядов по глубине пучка; δmin - величина минимально допустимого зазора между крайними трубками в рядах и наружным кожухом. Схема движения теплоносителей – перекрестная, одноходовая, причем в межтрубной полости теплоноситель перемешивается, а в трубной - нет.
Материал
труб, трубных досок и корпуса – нержавеющая
сталь:
;
.
Исходные данные для различных вариантов заданий приведены в табл.3.1.
Изложенная ниже методика расчета и расчетные зависимости апробированы и используются на Нижегородском производственном объединении «Теплообменник».
Рис.3.1. Схема теплообменного аппарата
Рис.3.2. Схема размещения труб в трубном пучке с шахматной разбивкой
Таблица 3.1
Исходные данные для выполнения поверочного расчета ТА
-
№
варианта
Теплоносители
Трубная полость
Межтрубная полость
Геометрические параметры теплообменника
G1,
кг/с
t1',
0С
P1',
МПа
G2,
кг/с
t2',
0С
P2',
МПа
Dк,
мм
Lтр,
мм
dтр,
мм
X1,
мм
X2,
мм
d1пат,
мм
d2пат,
мм
тр,
мм
lтр.д,
мм
min,
мм
Z(1),
мм
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
Топливо-
воздушный тепло-
обменник
1-воздух
2-топливо
T-1
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,4
190
170
150
130
110
100
0,57
0,75
0,7
0,8
0,9
1,0
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
100
90
80
70
60
50
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
80
85
80
80
75
70
160
180
200
150
130
120
5
5
6
6
4
3
1,5
2,0
1,5
1,5
1,0
1,0
1,5
2,0
1,5
1,5
1,0
1,0
40
50
45
40
45
45
15
15
15
15
15
15
0,5
0,5
0,5
0,5
0,3
0,2
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
2,0
3,0
3,0
3,0
2,0
2,0
5,0
5,0
6,0
6,0
4,0
3,0
2-1
2-2
2-3
2-4
2-5
2-6
Воздухо-
воздушный радиатор
1-воздух
2- воздух
0,6
0,55
0,5
0,45
0,4
0,35
220
210
200
190
180
170
0,9
0,85
0,8
0,75
0,7
0,65
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,2
40
50
55
60
65
70
0,05
0,05
0,045
0,04
0,035
0,03
160
140
120
100
80
60
300
280
260
240
220
200
6
6
5
5
4
3
3,0
2,5
2,5
2,5
2,0
1,5
3,0
2,5
2,5
2,5
2,0
1,5
80
70
70
65
60
50
50
50
50
45
40
40
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,2
4,0
4,0
3,5
3,5
3,0
3,0
2,0
2,0
2,0
2,0
1,5
1,5
6,0
6,0
5,0
5,0
4,0
3,0
3-1
3-2
3-3
3-4
3-5
3-6
Воздушно-
маслянный радиатор
1-масло
МС-20
2- воздух
0,6
0,55
0,5
0,45
0,4
0,35
150
140
130
120
110
100
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,8
0,75
0,7
0,65
0,6
0,55
80
75
70
65
60
55
0,04
0,045
0,05
0,055
0,06
0,065
160
150
140
130
120
110
300
280
260
240
220
200
6
6
5
5
4
3
3,0
2,5
2,5
2,0
1,5
1,0
3,0
2,5
2,5
2,0
1,5
1,0
25
25
25
20
20
15
80
80
70
70
60
60
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,2
4,0
4,0
3,5
3,5
3,0
3,0
3,0
2,5
2,5
2,0
1,5
1,5
6,0
6,0
5,0
5,0
4,0
3,0