2. Опис теплообмінника

С екційні теплообмінники складаються з декількох послідовно з’єднаних секцій, як показано на рис. 1. Кожна секція представляє собою теплообмінник типу «труба в трубі», особливостями якого є те, що теплообмінна поверхня апарата виготовляється з однієї труби 1, розташованої концентрично в зовнішній трубі 2 більшого діаметру.

Рис. 1 Схема теплообмінника

Окремі секції з’єднуються між собою «калачами» 3.

Відповідно до умови задачі первинний теплоносій (дистильована вода) рухається по кільцевому каналу між трубами, а вторинний теплоносій (сира вода) – по внутрішній трубі.

3. Мета розрахунку

Основною метою розрахунку теплообмінника є визначення поверхні теплообміну, а також основних розмірів теплообмінного апарата.

Враховуючи, що , поверхню теплообміну визначаємо з допомогою рівняння теплопередачі для плоскої стінки. При цьому маємо, що

(1)

де - теплове навантаження;

- коефіцієнт теплопередачі;

- середній температурний напір.

Теплове навантаження відоме за умовою задачі. Тому для визначення теплообмінної поверхні необхідно розрахувати тільки коефіцієнт теплопередачі в теплообміннику, а також середній температурний напір .

5.4. Визначення середнього температурного напору по поверхні теплообмінника.

З метою зменшення витрат на виготовлення теплообмінника використаємо в ньому схему протитечії, для якої зміна температур теплоносіїв уздовж поверхні теплообміну показана на рис. 2.

Рис. 2. Зміна температур у теплообміннику

Відповідно до рис. 2:

Таким чином, , а .

Середня різниця температур:

.

Зміни температур гарячого і холодного теплоносіїв відповідно дорівнюють:

,

З урахуванням того, що , середня температура вторинного теплоносія (сира вода)

,

а середня температура первинного теплоносія (дистильована вода):

.

Температури і використовуються при визначенні теплофізичних властивостей відповідно гарячого і холодного теплоносіїв.

5.5. Аналіз процесу теплопередачі в теплообміннику

Схема процесу теплопередачі в теплообміннику показана на рис. 3.

Р ис. 3. Схема процесу теплопередачі.

- коефіцієнт тепловіддачі від потоку дистильованої води до стінки;

- коефіцієнт тепловіддачі від стінки до потоку сирої води.

Коефіцієнти тепловіддачі , визначаються при допомозі емпіричних рівнянь подібності для тепловіддачі в умовах вимушеної течії рідини в каналах.

Маючи коефіцієнти тепловіддачі, визначаємо коефіцієнт теплопередачі за рівнянням:

, (2)

де - товщина стінки внутрішньої трубки теплообмінника;

- коефіцієнт теплопровідності матеріалу цієї стінки.

5.6. Визначення швидкості течії теплоносіїв

Витрата дистильованої води:

,

де [1] відповідає середній температурі .

Витрата сирої води:

при , [1].

Площа перерізу кільцевого каналу по якому рухається дистильована вода:

.

Площа перерізу внутрішньої трубки по якій рухається сира вода:

,

де - внутрішній діаметр трубки з урахуванням товщини прошарку забруднення на стінці.

Середнім температурам гарячого і холодного теплоносіїв і відповідають такі значення густини цих теплоносіїв ([1], табл. 11 ):

, .

Використовуючи рівняння суцільності визначаємо швидкості течії відповідно гарячого і холодного теплоносіїв:

,

.

На основі досвіду експлуатації рекуперативних теплообмінних апаратів різного призначення та їх техніко-економічних розрахунків рекомендується приймати швидкість води в теплообмінниках ([2], табл. 1.8).

В зв’язку з тим, що розраховані вище швидкості і значно перевищують рекомендовані значення, сконструюємо теплообмінник з 35 паралельно з’єднаних секцій.

Тоді швидкості дистильованої і сирої води:

, .