Определение коэф-та теплопередачи м-дом последовательных приближений при расчетах теплообменников.

Определение коэф-та теплопередачи проводится в проверочном расчете,который проводится с целью пригодности теплообменника.

1-в соответсвии с выбранным теплообменником определяют реальную схему движ-ия теплоносителя и если оба теплоносителя меняют свою температуру-уточняют среднюю разность температур: ∆tср=εt∆tср лог.2-вычисляем средние температуры тепоносителей: для теплонос.,у которых темпер-ра меньше-tм=(tм‘+tм“)/2,для второго- tб=tм±∆tср; +-если теплоноситель горячий, «-«-если холодный. 3-расчет уточненного коэф-та теплопередачи: F=Q/∆tсрK; K=f(α1, ,α2); α1=f(….,tст1), α2=f(…,tст2); =f(δст-толщина,λст-теплопроводность,rз1, rз2) число неизвстных больше числа уравнений.t1-средняя температура горячих теплоносителей; tст1-температура горячей пов-ти стенки; q1-плотность теплового потока стационарного теплообмена; tст2- температура холодной пов-ти стенки.

q1=α1(t1-tст1); qст=1/(tст1-tст2); q2=α2(tст2-t2);

Для условия стационарного теплообмена должно ваполняться условие: q1=qст=q2(из 1-го з-на термодинамики) t1>tст1>tст2>t2(из 2-го з-на)

4-задаемся tст: ) t1>tст1>t2; 5-при этом tст задается α1=f(…,tст1 ….); 6-рассчитываем q1=α1(t1-tст1); 7- принимаем qст= q1 и по ур-ию находим tст2: qст=1/(tст1-tст2); рассчитываем α2=f(…tст2…); 8- по ур-ию q2=α2(tст2-t2)рассчитываем плотность теплового потока q2. 9-проводим сравнение величин q1-q2 по зав-ти: (qmax-qmin)/qmin=εq-отклонеие значений; если εq<0.05расчет закончен → переходим к расчету коэф-та теплопередачи К,если больше,то возвращаемся в п.2.

Критерием проверки полученных коэф-тов явл-ся выполнение ряда условий. Они базируются на 2-ух началах термодинамики: 1-на з-не сохранения энергии q1= q2; 2- t1>tст1>tст2>t2

В результате вычислений м.б. t2>tст2,это допустимо. При ручных расчетах намного уменьшается трудоемкость применения допущений(графоаналитического метода): q1=f(tст1); q2=f(tст1)-линейные. При применении этого м-да примен. 1-ое приближение: 1) ; при 2) ; при - второе приближение. По рез-там вычислений строят масштабный график.

18. Типы теплообменных аппаратов .Поверхностные теплообменники. Кожухотрубный, спиральный, пластинчатый…

По принципу действия: 1) поверхностные, 2) смешения, 3) регенеративные. Поверхностные по конструктивному действию бывают: а) типа труба в трубе, б) кожухотрубные, в) спиральные, г) змеевиковые, д) пластинчатые. Теплообменники смешения: е)барботеры, ж) полочные, з) насадочные, и) распыливающие. Регенеративные: к) с движущейся насадкой, л) с неподвижной. Подробнее а): состоит из нескольких элементов расположенных один под другим,внутренние трубы одного элемента соединены с внутренними трубами другого, внешние аналогично. Для удобства их соединяют калачами или коленами. Достоинство: подбором диаметров труб можно обеспечить любую максимально допустимую скорость для веществ, участвующих в теплообмене и т.о. достигнуть ↑ коэфф. теплопередачи. б): для сравнительно больших поверхностей теплообмена. В кожухе приварены трубные решетки, в которых находится пучок труб. Бывают одноходовые и многоходовые (размещают горизонтально). В а) и б) теплоноситель подается в межтрубное пространство.в): пов-ть теплообмена образуется 2-мя свернутыми в спираль металлич. листами. Достоинства: компактность, большие коэфф. теплопередачи, меньшее гидравлич. сопрот. Недостатки: сложная конструкция.г):спиральносогнутаятруба. Достоинства: хороший коэфф. теплопередачи. Недостатки: ↑ гидравлич. сопрот., в нижней части скапливается конденсат, что приводит к ухудшению теплообмена. Исп. в агрессивных средах.

 

19.Кожухотрубчатые теплообменники.

Эти теплообменники относятся к числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников. На рис. VIII-11, а показан кожухотрубчатый теплообменник жесткой конструкции, который состоит из корпуса, или кожуха /, и приваренных к нему трубных решеток 2. В трубных решетках закреплен пучок труб 3. К трубным решеткам крепятся (на прокладках и болтах) крышки 4.

Рис. VIII-11. Кожухотрубчатые однохо-довой (а) и многоходовой (б) теплооб­менники:

В кожухотрубчатом теплообмен­нике одна из обменивающихся теп­лом сред / движется внутри труб (в трубном пространстве), а другая // — в межтрубном пространстве.

Среды обычно направляют проти­вотоком друг к другу. При этом на­греваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло, — в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремится двигаться дан­ная среда под влиянием изменения ее плотности при нагревании или охлаждении. , .

Кроме того, при указанных напра­влениях движения сред достигается более равномерное распределение скоростей и идентичные условия тепло­обмена по площади поперечного сечения аппарата. В противном случае, например при подаче более холодной (нагреваемой) среды сверху тепло­обменника, более нагретая часть жидкости, как более легкая, может скап­ливаться в верхней части аппарата, образуя «застойные» зоны.

 

/ — корпус (обечайка); 2 — трубные решетки: 3 — трубы; 4 — крышки; 5 — перегородки в крышках; 6 — перегородки в межтрубном пространстве.

 

20.Двухтрубчатые теплообменники.

Теплообменники этой конструкции, называемые также теплообменниками типа «труба в трубе», состоят из нескольких последовательно соединенных трубчатых элементов, образо­ванных двумя концентрически расположенными трубами (рис. VI11-16). Один теплоноситель движется по внутренним трубам /, а другой — по кольцевому зазору между внутренними / й наружными 2 трубами. Вну­тренние трубы (обычно диаметром 57—108 мм) соединяются калачами 3, а наружные трубы, имеющие диаметр 76—159 мм, — па­трубками 4.

Рис. VII1-16. Двухтрубчатый теплообменник: / — внутренние трубы; 2 — наружные трубы; 3 — ка­лач; 4 — патрубок.

Благодаря небольшим по­перечным сечениям трубного и межтрубного пространства в двухтрубчатых теплообмен­никах даже при небольших расходах достигаются до­вольно высокие скорости жидкости, равные обычно 1—1,5 м/сек. Это позволяет получать более высокие коэф­фициенты теплопередачи и достигать более высоких тепловых нагрузок на единицу массы аппарата, чем в кожухотрубчатых теплообменниках. Кроме того, с увеличением скоростей теплоносителей уменьшается воз­можность отложения загрязнений на поверхности теплообмена.

Вместе с тем эти теплообменники более громоздки, чем кожухотрубча-тые, и требуют большего расхода металла на единицу поверхности тепло­обмена, которая в аппаратах такого типа образуется только внутренними трубами.

Двухтрубчатые теплообменники могут эффективно работать при не­больших расходах теплоносителей, а также при высоких давлениях. Если требуется большая поверхность теплообмена, то эти аппараты выполняют из нескольких параллельных секций.

 

21.Пластинчатые теплообменники

В пластинчатом теплообменнике (рис. V111-19) поверхность теплообмена образуется гофрированными параллельными пластинами /, 2, с помощью которых создается система узких каналов шириной 3—6 мм с волнистыми стенками. Жидкости, между которыми происходит теплообмен, движутся в каналах между смежными пластинами, омывая противоположные боко­вые стороны каждой пластины.

Пластина (рис. VII1-20) имеет на передней поверхности три прокладки. Большая прокладка J ограничивает канал для движения жидкости между пластинами, а также отверстия 2 и 3 для входа жидкости / в канал и выхода из него; две малые кольцевые прокладки 4 уплотняют отверстия 5 и 6, через которые поступает и уда­ляется жидкость//, движущаяся противотоком.

На рис. VIII-19 движение жидкости показано схематично пунктирной линией, а жидкости сплошной линией. Жидкость поступает через штуцер 3, движется по нечетным каналам (считая справа налево) и удаляется через штуцер. 4. Жидкость // подается через штуцер 5, движется по чет­ным каналам и удаляется через штуцер 6.

Рис. VII1-20. Пластина пластинчатого теп­лообменника:

Пакет пластин зажимается между неподвижной плитой 7 и подвижной плитой 8 посредством винтового зажима 9.

Вследствие значительных скоростей, с которыми движутся жидкости между -пластинами, достигаются высокие коэффициенты теплопередачи, вплоть до 3800 вт/м² [3000 ккал/(м²-чград)\ при малом гидравлическом сопротивлении.

Рис. VI11-19. Схема пластинчатого теплообмен­ника:

/ — четные пластины: 2 — нечетные пластины:

3, 4 — штуцера для входа и выхода теплоносителя /;

5, 6 — то же. для теплоносителя ;

7 — неподвиж­ная головная плита; 8 — подвижная головная плита;

/, 4 — прокладки; 2, 3 — отверстия для жидкости /; 5, 6 — отвер­стия для жидкости //.

9 •— стяжное винтовое устройство.

22.Оребреные теплообменники

К числу компактных и эффективных теплообменников, созданных за последнее время, относятся разные конструкции теплообменных аппаратов с оребренными поверхностями. Применение оребрения со стороны тепло­носителя, отличающегося низкими значениями коэф­фициентов теплоотдачи (газы, сильно вязкие жидко­сти), позволяет значительно повысить тепловые нагрузки аппаратов.

Помимо трубчатых теплообменников с трубами, имеющими поперечные ребра прямоугольного (рис. VII1-21, а) или трапециевидного сечения (рис. VI11-21, б), разработаны конструкции с продоль­ными, плавниковыми, проволочными, игольчатыми непрерывными спиральными ребрами и др.

Рис. VIII-21. Элемен­ты оребренного тепло­обменника: а — прямоугольные реб­ра; 6 — трапециевидные ребра.

Трубы с поперечными ребрами различной формы широко используются, в частности, в аппаратах для нагрева воздуха — калориферах (рис. VII1-22), а также в аппаратах воздушного охлаждения. При нагреве воздуха обычно применяют насыщенный водяной пар, поступаю­щий в коллектор 1 и далее в пучок оребренных труб 2. Конденсат отво­дится из коллектора 3. Иногда используются продольные ребра, которые для турбулизации пограничного слоя (что особенно важно при ламинар­ном течении теплоносителя) на определенном расстоянии надрезаются.

 

Рис. VIII-22. Пластинчатый калорифер: Рис. VIII-23. Схема устройства пла-/ - коллектор для входа пара; 2 - ореб- стинчато-ребристого теплообменника, репная труба; 3 — коллектор для приема конденсата.

Конструкции оребреных теплообменников разнообразны. Схема устройства современного пластинчато-ребристого теплообменника, работающего по принципу противотока, приведена на рис. VII1-23. Теплообменники такого типа используются например, в низкотемпературных установках для разделения воздуха.