Στείλτε την καλή σας δουλειά στη βάση γνώσεων είναι απλή. Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα

Καλή δουλειάστον ιστότοπο">

Για να έχουμε μια πιο έντονη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας, πρέπει: να αυξήσουμε τον εναλλάκτη θερμότητας και τη θερμότητα που δουλεύεται με την ταχύτητα του φορέα προϊόντος, γεγονός που μειώνει το υδροδυναμικό στρώμα στο πάχος της επιφάνειας της μεταφοράς θερμότητας. κάνουν την πιο αποτελεσματική χρήση της περιοχής των επιφανειών που πλένονται για μεταφορά θερμότητας κ.λπ.

Υπολογισμοί εναλλάκτη θερμότητας. Για τον σχεδιασμό εναλλάκτη θερμότητας, εκτελούνται οι ακόλουθοι υπολογισμοί: θερμικοί, δομικοί, υδραυλικοί, αντοχής, τεχνικοί και οικονομικοί - οι τελευταίοι εκτελούνται σε διάφορες εκδόσεις. Όταν σχεδιάζετε έναν εναλλάκτη θερμότητας, επιλέξτε καλύτερη επιλογή, η οποία καθορίζεται από: την απόδοση του εναλλάκτη θερμότητας, το βάρος, τις διαστάσεις, τις διαστάσεις κ.λπ.

Φοιτητές, μεταπτυχιακοί φοιτητές, νέοι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τη βάση γνώσεων στις σπουδές και την εργασία τους θα σας είναι πολύ ευγνώμονες.

Δημοσιεύτηκε στις http://www.allbest.ru/

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

1 . Ορισμόςκατανάλωσηψύξηυγρά

Η αμοιβαία κατεύθυνση της κίνησης των ροών στον εναλλάκτη θερμότητας σε όλες τις παραλλαγές της εργασίας θεωρείται ότι είναι αντίθετη.

Ο ρυθμός ροής ψυκτικού (kg/s) προσδιορίζεται από την εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας : σολ Rντο R (t R κ- t R H)= σολ 1 ντο 1 (t Π H- Π κ)

που σολ R=, kg/s (1)

όπου Cr και Cp είναι οι θερμοχωρητικότητες του προϊόντος και της άλμης, αντίστοιχα, J/(kg K).

Οι θερμοχωρητικότητες των υγρών λαμβάνονται με βάση τη μέση θερμοκρασία. Οι τιμές που λείπουν προσδιορίζονται με παρεμβολή.

Οι μέσες θερμοκρασίες (C) των υγρών καθορίζονται από τους τύπους:

Για το γινόμενο t p av =, C (2)

Για άλμη t p av =, C (2 1)

Θερμοκρασία ψυκτικού t р K στην έξοδο του ψυγείου ας αναρωτηθούμε!Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι καθώς αυξάνεται το t p K, η κατανάλωση άλμης μειώνεται. Ωστόσο, η μέση διαφορά θερμοκρασίας μειώνεται επίσης. Η θερμοκρασία t р K λαμβάνεται υψηλότερη από την αρχική θερμοκρασία t р H κατά 9-16 C

Θερμοκρασία του θερμαντικού υγρού t σε K στην έξοδο από τη θερμάστρα ας αναρωτηθούμε!

Παίρνουμε τη θερμοκρασία t σε K υψηλότερη από την αρχική θερμοκρασία t p k κατά 9-16 C

2. Προσδιορισμός της μέσης διαφοράς θερμοκρασίας

Η μέση διαφορά θερμοκρασίας (C) ορίζεται γενικά ως ο λογαριθμικός μέσος όρος των ακραίων τιμών των διαφορών θερμοκρασίας.

Για να προσδιοριστεί η μέση διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των μέσων σύμφωνα με το επιλεγμένο μοτίβο ροής των ψυκτικών, είναι απαραίτητο να κατασκευαστεί ένα γράφημα των μεταβολών θερμοκρασίας των μέσων κατά μήκος της επιφάνειας και να υπολογιστούν οι μεγαλύτερες tb και μικρότερες διαφορές θερμοκρασίας tM:

t b = t p H -t p K, C (4)

t M = t p K -t p H , C (5)

όπου Dt b, Dt m είναι η μεγαλύτερη και μικρότερη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του θερμού και του κρύου ψυκτικού στα άκρα του εναλλάκτη θερμότητας.

Επιπλέον, εάν Dt b / Dt m?2, τότε Dt μέσος όρος. =(Dt b +Dt m)/2 (6)

3. Ορισμόςδιαμέτρουςσωλήνεςεναλλάκτης θερμότηταςΚαικα

Δύο επιλογές για την κίνηση των υγρών υποτίθενται:

Η άλμη (νερό) κινείται μέσω του εσωτερικού σωλήνα και το προϊόν βρίσκεται στον χώρο μεταξύ των σωλήνων.

Το προϊόν κινείται μέσω του εσωτερικού σωλήνα και η άλμη (νερό) στον χώρο μεταξύ των σωλήνων

Από την εξίσωση ροής για το υγρό που κινείται στο χώρο του σωλήνα (τμήμα S 1), προσδιορίστε την εσωτερική διάμετρο (d B, m) του μικρότερου σωλήνα.

d B = 1,13, m ή d B = 1,13, m (7)

Από την εξίσωση για τον ρυθμό ροής του υγρού που κινείται στο δακτυλιοειδές τμήμα (S 2), προσδιορίστε την εσωτερική διάμετρο του μεγάλου σωλήνα, m:

D B =, m ή D B =, m (8)

όπου 1, 2 είναι, αντίστοιχα, η ταχύτητα κίνησης των υγρών στους χώρους του δακτυλίου και των σωλήνων, αποδεκτή εντός των ορίων (0,7 - 2 m/s).

p, p - αντίστοιχα, η πυκνότητα (kg/m3) του προϊόντος και της άλμης (νερό.

Τελικά δεχόμαστε (σύμφωνα με το GOST 9930-78 τις διαμέτρους σωλήνων d n και D n, πλησιέστερα στην υπολογιζόμενη. Συνιστάται ισχύουν θήκη σωλήνες Με εξωτερικός διάμετρος ρε n - 57, 76, 89, 108, 133, 159, 219 mm.

4. Ορισμόςσυντελεστήςμεταφορά θερμότητας

Ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας (K, W/(m 2 *K) προσδιορίζεται λαμβάνοντας υπόψη τη θερμική αντίσταση της μόλυνσης από το ψυκτικό:

K = (1/ 1 +1/ 2 +R CT) -1, W/ (m 2 * K) (9)

όπου 1, 2 είναι αντίστοιχα οι συντελεστές μεταφοράς θερμότητας από το θερμαντικό ρευστό στο τοίχωμα του σωλήνα και από το τοίχωμα στο θερμαινόμενο υγρό, W/ (m 2 h).

R CT - θερμική αντίσταση του τοιχώματος του σωλήνα m 2 / (W * K);

R CT = ST / ST + ZAG / ZAG, (m 2 * K) / W.;

όπου ST, ZAG - πάχος του τοιχώματος του μεταλλικού σωλήνα και μόλυνση, m. (ZAG παίρνει 0,5-- 1 mm).

CT - συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του τοιχώματος του σωλήνα, W/(m*K);

Η τιμή της θερμικής αντίστασης της ρύπανσης ZAG / ZAG για άλμη ψύξης, από την οποία η ρύπανση εναποτίθεται στην επιφάνεια ανταλλαγής θερμότητας, λαμβάνεται ίση με 0,0002 (m 2 * K)/W.

4.1 Ορισμόςσυντελεστέςμεταφορά θερμότητας

Η τιμή των συντελεστών μεταφοράς θερμότητας εξαρτάται από τους υδροδυναμικούς παράγοντες, τις φυσικές τους παραμέτρους, τις γεωμετρικές διαστάσεις της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας και είναι μια σύνθετη λειτουργική εξάρτηση που εφαρμόζεται χρησιμοποιώντας τη θεωρία ομοιότητας από την εξίσωση κριτηρίων Nusselt, η οποία χαρακτηρίζει την ένταση ανταλλαγής θερμότητας σε W/ ( m 2 h)

Nu = (10), από όπου n, p = (11)

Εάν και τα δύο ψυκτικά είναι υγρά και η κίνηση είναι εξαναγκασμένη (για παράδειγμα, άντληση), το κριτήριο Nusselt είναι συνάρτηση των κριτηρίων Reynolds και Pridle: Nu = f (Re; Rr)

Σε αυτήν την περίπτωση, είναι πρώτα απαραίτητο να καθοριστούν τα κριτήρια Reynolds και Prandl και για τα δύο περιβάλλοντα:

πού είναι η ταχύτητα κίνησης του μέσου μέσω των σωλήνων (λαμβανόμενη εντός 0,7-2 m/s).

- συντελεστής δυναμικό ιξώδεςυγρό, Pa s.

ρε-- ισοδύναμη διάμετρος σωλήνα, m;

Για εσωτερικός σωλήνες ρε εξ = ρε σι , Μ.

Για κυκλική διασταύρωση ενότητες ρε εξ = ρε σι - ρε H , Μ.

μεγάλο- συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του υγρού (άλμη, προϊόν W/ (m. C).

Στη συνέχεια, σύμφωνα με το καθιερωμένο καθεστώς κίνησης του ρευστού, λύστε την εξίσωση του κριτηρίου Nusselt χρησιμοποιώντας τον τύπο:

α) για λειτουργία τυρβώδους οδήγησης (Re> 10000)

Nu = 0,023 Re 0,8 Pr 0,4 = 0,02337219 0,8 13,2 0,4 = 184,7 (13)

β) για λειτουργία μετάβασης (10000>Re>2300)

Nu = 0,008 Re 0,9 Pr 0,43 = 0,0088881 0,9 6,1 0,43 = 31,945 (13 1)

Εάν κατά τον υπολογισμό του Re<10000, необходимо определить новые скорости движения теплоносителей, при которых режим движения будет турбулентным или переходным. Принимают значения критерия Рейнольдса 10000-15000, тогда: щ труб. = (10000-15000)щ/Re, (14)

Αντικαθιστώντας την τιμή της ταχύτητας σωλήνα u στον τύπο (7), προσδιορίζουμε τη διάμετρο του εσωτερικού σωλήνα (ανταλλαγή θερμότητας) και στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τον τύπο (8), τη διάμετρο του σωλήνα εξωτερικού κελύφους, διευκρινίζουμε τις τιμές του κριτηρίου Reynolds.

Για τους αντίστοιχους τρόπους οδήγησης, χρησιμοποιώντας την τιμή κριτηρίου Nu, προσδιορίζονται οι απαιτούμενοι συντελεστές μεταφοράς θερμότητας, W (m 2 C) για την άλμη και το προϊόν σύμφωνα με τον τύπο (11).

θερμοκρασία υγρού υπολογισμού εναλλάκτη θερμότητας

5. Ορισμός,επιφάνειεςανταλλαγή θερμότηταςΚαικύριοςμεγέθηθερμότηταΟεναλλάκτης

Η επιφάνεια ανταλλαγής θερμότητας (F, m2) προσδιορίζεται από την εξίσωση μεταφοράς θερμότητας και είναι ίση με

φά = , m 2 (15)

Q = G p C p (t p H -t p K), (W) (16)

όπου Q είναι η ποσότητα θερμότητας που αφαιρείται από το προϊόν, W;

C 1 -- θερμοχωρητικότητα του προϊόντος, J/(kg °C).

Τέλος, η επιφάνεια ανταλλαγής θερμότητας του εναλλάκτη θερμότητας επιλέγεται από τη σειρά

F = 2,5; 4.0; 6.0; 10; 15; 20; τριάντα; 40; 50; 80 m2

Ενεργό μήκος σωλήνων (m) που εμπλέκονται στην ανταλλαγή θερμότητας

μεγάλο = . m (17)

όπου d P είναι η διάμετρος σχεδιασμού, m;

Η υπολογισμένη διάμετρος λαμβάνεται:

ρεR == ρεΣΕ στο 1 2 (18)

ρεR = 0,5 (ρεσι + ρεH ) στο 1 2 ;

ρεR = ρεH στο 1 2

Με βάση τις σχεδιαστικές εκτιμήσεις, καθορίζεται το μήκος ενός στοιχείου και, στη συνέχεια, ο συνολικός αριθμός στοιχείων (τεμαχίων) θα είναι:

Οπου μεγάλο ελ- μήκος σωλήνων περιβλήματος TA (υποτίθεται ότι είναι ίσο με 1,5, 3,0, 4,5, 6,0, 9,0, 12 m)

Γνωρίζοντας τον συνολικό αριθμό στοιχείων, είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθεί ένα τεχνολογικό διάγραμμα της διάταξης TA που χρησιμοποιείται στους υδραυλικούς υπολογισμούς.

6. Ορισμόςδιαμέτρουςσωλήνες

Οι διάμετροι (d П, m) των σωλήνων εισόδου και εξόδου για ένα δακτυλιοειδές τμήμα καθορίζονται από τον τύπο:

ρε pv (S2) = 1,13 , m ή ρε pv (S2) = 1,13 , (20)

Οι διάμετροι των σωλήνων για τον εσωτερικό σωλήνα είναι ίσες με την εσωτερική του διάμετρο. ρε pv( μικρό 1) =d in, m.

Τελικά δεχόμαστε τις εξωτερικές διαμέτρους σωλήνων (δ) σύμφωνα με το GOST 9930-78 Δευτ.( μικρό 1) και δ Δευτ.( μικρό 2) ) από την οποία θα κατασκευαστούν οι σωλήνες που βρίσκονται πιο κοντά σε αυτούς που σχεδιάστηκαν.

Γνωρίζοντας δ Δευτ.( μικρό 1) και δ Δευτ.( μικρό 2) Θα επιλέξουμε φλάντζες για τη σύνδεση στοιχείων TA.

Για τη σύνδεση αγωγών και καλυμμάτων με περιβλήματα, χρησιμοποιούνται ισχυρές σφιχτές συνδέσεις, που αποτελούνται από δύο φλάντζες και ένα παρέμβυσμα που βρίσκεται μεταξύ τους.

7. Υδραυλικόςυπολογισμόςεναλλάκτης θερμότητας

Ο σκοπός του υδραυλικού υπολογισμού είναι να προσδιοριστεί η τιμή της υδραυλικής αντίστασης του εναλλάκτη θερμότητας και να προσδιοριστεί η ισχύς που καταναλώνουν οι κινητήρες της αντλίας για τη μετακίνηση του γάλακτος και της άλμης.

Για τον υπολογισμό της υδραυλικής αντίστασης στον εναλλάκτη θερμότητας, προσδιορίζονται προηγουμένως τα αρχικά δεδομένα:

Αριθμός στοιχείων στην ενότητα.

Αριθμός τμημάτων;

Ο υπολογισμός πραγματοποιείται δύο φορές, χωριστά για τον σωλήνα και τον χώρο μεταξύ των σωλήνων.

Η συνολική απώλεια πίεσης στον εναλλάκτη θερμότητας (P, Pa) υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση

P = P SK + P TR + P MS + P POD, Pa (22)

όπου R SK είναι η κατανάλωση πίεσης για τη δημιουργία του ρυθμού ροής στην έξοδο του εναλλάκτη θερμότητας, (Pa).

P TP - απώλεια πίεσης για την υπέρβαση της αντίστασης τριβής, (Pa):

P MS - απώλεια πίεσης για να ξεπεραστεί η τοπική αντίσταση (Pa)

P POW είναι η πίεση που απαιτείται για την ανύψωση του υγρού, (Pa).

7.1 ΚόστοςπίεσηεπίΔημιουργίαΤαχύτηταροή

R SK = , Pa (23)

πού είναι η ταχύτητα κίνησης του υγρού στη συσκευή, m/s;

- πυκνότητα υγρού, kg/m3.

7.2 Απώλειαπίεσηεπίξεπερνώνταςδύναμητριβή,n/m 2

R TR = , Pa (24)

Οπου μεγάλο-- συνολικό μήκος σωλήνων, m:

d EKV -- ισοδύναμη διάμετρος, m;

Για εσωτερικός σωλήνες ρε εξ = ρε σι , Μ.

Για κυκλική διασταύρωση ενότητες ρε εξ = ρε σι - ρε H , Μ.

-- συντελεστής τριβής ανάλογα με τον τρόπο οδήγησης (Re number). και στον βαθμό τραχύτητας των τοίχων, τραχιά (στον υπολογισμό, πάρτε = 0,02--0,03).

7.3 Απώλεια πίεσης για να ξεπεραστεί η τοπική αντίσταση (περιστροφή, συστολή, διαστολή κ.λπ.)

P MS = , Pa (25)

όπου o είναι το άθροισμα των τοπικών συντελεστών αντίστασης.

Κατά τον υπολογισμό του o, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε το τεχνολογικό διάγραμμα της διάταξης TA

7.4 Κόστοςπίεσηεπίαναρρίχησηυγρά

R ΚΑΤΩ ΑΠΟ = σολ H, Pa (26)

όπου g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας, m/s 2 ;

Πυκνότητα υγρού, kg/m3

H -- ύψος ανύψωσης υγρού, m

h i - ύψος ενός στοιχείου, m (καθορίζεται γραφικά σύμφωνα με το σχέδιο TA)

Για να υπολογίσουμε την τιμή του H, θα χρησιμοποιήσουμε το διάγραμμα διάταξης TA.

H = (h i * x) + D in + η Π , Μ - για δακτυλιοειδές τμήμα.

H = (hi * x) + d in, m - για τον εσωτερικό σωλήνα.

7.5 Εξουσία,καταναλώνεταικινητήραςαντλία,(Ν, kW)

Ν = , W (27)

όπου - G - ροή υγρού, kg/s.

Πυκνότητα του αντλούμενου υγρού, kg/m3

P - απώλεια πίεσης στη συσκευή, N/m 2;

Απόδοση αντλίας (φυγόκεντρος --0,6--0,7).

Δημοσιεύτηκε στο Allbest.ru

...

Παρόμοια έγγραφα

Επιλογή συντελεστών μεταφοράς θερμότητας και υπολογισμός επιφάνειας εναλλάκτη θερμότητας. Προσδιορισμός παραμέτρων για σωλήνα και χώρο μεταξύ σωλήνων. Συμπύκνωση ατμών και παράγοντες που επηρεάζουν την ψύξη του συμπυκνώματος. Υδραυλικός υπολογισμός ενός εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνα.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 25/04/2016


Θερμικοί, δομικοί και υδραυλικοί υπολογισμοί ενός εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνα. Προσδιορισμός του εμβαδού της επιφάνειας μεταφοράς θερμότητας. Επιλογή δομικών υλικών και τρόπος τοποθέτησης φύλλων σωλήνων. Επιλογή αντλίας με την απαιτούμενη πίεση κατά την άντληση νερού.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 15/01/2011


Θερμικοί και δομικοί υπολογισμοί ενός θερμαντήρα ατμού-νερού οριζόντιου τύπου και ενός τμηματικού εναλλάκτη θερμότητας νερού-νερού. Επιλογή εξισώσεων κριτηρίου για διεργασίες μεταφοράς θερμότητας. Προσδιορισμός συντελεστών μεταφοράς θερμότητας και μεταφοράς θερμότητας.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 15/12/2010


Προσδιορισμός του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας από την εσωτερική επιφάνεια του τοιχώματος του σωλήνα στο νερό ψύξης. Απώλεια πίεσης όταν το νερό ψύξης διέρχεται από τον συμπυκνωτή. Υπολογισμός του αφαιρεθέντος μίγματος ατμού-αέρα. Υδραυλικός και θερμικός υπολογισμός του συμπυκνωτή.

δοκιμή, προστέθηκε στις 19/11/2013


Διάγραμμα εναλλάκτη θερμότητας. Υπολογισμός της γεωμετρίας της δέσμης σωλήνων. μεταφερόμενη θερμότητα με βάση την πτώση της θερμοκρασίας του αερίου. αποδοτικότητα πτερυγίων? συντελεστές μεταφοράς θερμότητας και πτερύγια σωλήνα. Εκτίμηση της υδραυλικής αντίστασης. Έλεγχος της απόδοσης του εναλλάκτη θερμότητας εγκάρσιας ροής.

δοκιμή, προστέθηκε 25/12/2014


Σχεδιασμός εναλλάκτη θερμότητας αεριοστροβίλου κλειστού κύκλου. Προσδιορισμός της απώλειας πίεσης του ψυκτικού καθώς διέρχεται από τη συσκευή. Θερμικός, υδραυλικός υπολογισμός ενός εναλλάκτη θερμότητας ανάκτησης αντίθετης ροής για εγκατάσταση αεριοστροβίλου επίγειου κλειστού κύκλου.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 14/11/2012


Σχεδιασμός του εναλλάκτη θερμότητας ενός εναλλάκτη θερμότητας νερού-αέρα. Χρήση της συσκευής στο σύστημα ψύξης του κυκλώματος νερού ψύξης του συστήματος ψύξης έκτακτης ανάγκης του κυκλώματος νερού ψύξης μιας θερμικής μηχανής. Επιλογή μοντέλων ανεμιστήρα και αντλίας.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 15/12/2013


Μελέτη της κατάστασης θερμικής καταπόνησης ψυχρού πτερυγίου κινητήρων στροβιλοκινητήρων. Υπολογισμός θερμοκρασιών θέρμανσης και ψύξης, συντελεστών μεταφοράς θερμότητας στην εξωτερική επιφάνεια της λεπίδας και στα κανάλια. Προσδιορισμός δυνάμεων και ροπών που δρουν στο φτερό της λεπίδας.

δοκιμή, προστέθηκε 02/04/2012


Λιθογραφία για τη χρήση της απόβλητης θερμότητας. Θερμικός υπολογισμός ενός εναλλάκτη θερμότητας ανάκτησης. Επιλογή βασικού εξοπλισμού: ανεμιστήρας, αντλίες. Εκτίμηση της υδραυλικής αντίστασης. Επιλογή βοηθητικού εξοπλισμού. Ενοργάνιση.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 03/01/2013


Προσδιορισμός της επιφάνειας μεταφοράς θερμότητας των εξατμιστών. Υπολογισμός της χρήσιμης διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των περιβλημάτων. Προσδιορισμός πάχους θερμομόνωσης και ροής νερού ψύξης. Επιλογή υλικού κατασκευής. Υπολογισμός της διαμέτρου ενός βαρομετρικού πυκνωτή.

Υπολογισμός εναλλάκτη θερμότητας Κατά τον υπολογισμό των ισοζυγίων θερμότητας, είναι απαραίτητο να γνωρίζετε το συγκεκριμένο

Τιμές θερμοχωρητικότητας, ενθαλπίας (θερμική περιεκτικότητα), θερμότητας φάσης ή χημικών μετασχηματισμών. Ειδική θερμότητα- αυτή είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση (ή την ψύξη) 1 kg μιας ουσίας κατά 1 βαθμό (J/kg deg). Η θερμοχωρητικότητα χαρακτηρίζει την ικανότητα ενός σώματος να συσσωρεύει θερμότητα. Εφόσον η θερμοχωρητικότητα εξαρτάται από τη θερμοκρασία, διακρίνεται η πραγματική θερμοχωρητικότητα σε μια δεδομένη θερμοκρασία Μεκαι η μέση θερμοχωρητικότητα σε ορισμένο εύρος θερμοκρασίας (2.1) όπου Q- την ποσότητα θερμότητας που μεταδίδεται σε μια μονάδα ποσότητας ουσίας όταν η θερμοκρασία αλλάζει από . Στην πρακτική των θερμικών υπολογισμών, κατά κανόνα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν μέσες θερμικές ικανότητες. Ειδική ενθαλπία i(εάν όλοι οι υπολογισμοί πραγματοποιηθούν από 0 C) καθορίζεται από την ποσότητα θερμότητας που είναι απαραίτητη για τη θέρμανση 1 kg μιας ουσίας από 0 C σε μια δεδομένη θερμοκρασία, ενθαλπία Εγώμετράται σε J/kg, στο τεχνικό σύστημα kcal/kg. (2.2) Ειδικά θερμότητα φάσης ή χημικοί μετασχηματισμοί r- αυτή είναι η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται (ή απορροφάται) όταν αλλάζει η κατάσταση συσσωμάτωσης ή ο χημικός μετασχηματισμός μιας μονάδας μάζας μιας ουσίας. Μετριέται J/kg, και στο τεχνικό σύστημα kcal/kg. "Εσωτερική" μέθοδος κατάρτισης ισοζυγίου θερμότητας(χρησιμοποιώντας τιμές θερμοχωρητικότητας). Σε εναλλάκτη θερμότητας συνεχούς λειτουργίας

Ρύζι. 2.1

(Εικ. 2.1) η ανταλλαγή θερμότητας λαμβάνει χώρα μεταξύ δύο ρευστών που χωρίζονται από ένα διαμέρισμα μεταφοράς θερμότητας. Εάν κατά τη διαδικασία ανταλλαγής θερμότητας δεν υπάρχει πρόσθετη απελευθέρωση ή απορρόφηση θερμότητας ως αποτέλεσμα φάσεων ή χημικών μετασχηματισμών και δεν υπάρχουν απώλειες θερμότητας στο περιβάλλον, τότε η ποσότητα θερμότητας που κινείται από το πρώτο μέσο στο δεύτερο ανά μονάδα χρόνου - ροή θερμότητας ή θερμικό φορτίο - ισούται με: ( 2.3) Εάν η διαδικασία ανταλλαγής θερμότητας συμβαίνει στο πρώτο μέσο, ​​φάση ή χημικούς μετασχηματισμούς (εξάτμιση υγρού, συμπύκνωση ατμού, τήξη, χημικές αντιδράσεις κ.λπ.), τότε η θερμότητα Η εξίσωση ισορροπίας έχει την ακόλουθη μορφή: (2.4) "Εξωτερική" μέθοδος κατάρτισης ισοζυγίου θερμότητας(χρησιμοποιώντας συγκεκριμένες τιμές ενθαλπίας). Το ισοζύγιο θερμότητας καταρτίζεται με βάση το γεγονός ότι η ποσότητα θερμότητας Q1 που εισέρχεται στη συσκευή σε 1 ώρα με τα εισερχόμενα μέσα είναι ίση με την ποσότητα θερμότητας που εξέρχεται από τη συσκευή με τα μέσα ταυτόχρονα, (2.5) όπου είναι οι ενθαλπίες του ουσίες που εισέρχονται και εξέρχονται από τη συσκευή, αντίστοιχα. Σε αντίθεση με την εσωτερική μέθοδο σύνταξης ενός ισοζυγίου θερμότητας, η οποία λαμβάνει υπόψη την ανακατανομή της θερμότητας μεταξύ των μέσων ανταλλαγής θερμότητας στην ίδια τη συσκευή, σε αυτή τη μέθοδο το ισοζύγιο θερμότητας συντάσσεται σαν σύμφωνα με εξωτερικούς δείκτες: πριν από τη συσκευή και μετά τη συσκευή. Από την εξίσωση (2.5) μπορούμε να προσδιορίσουμε την ποσότητα θερμότητας Q που μεταφέρεται από ένα μέσο σε άλλο ως διαφορά ενθαλπίας (2.6) Παρουσία μετασχηματισμών φάσης ή χημικών στον εναλλάκτη θερμότητας, η ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται από το ένα μέσο στο άλλο, (2.7) όπου είναι η ενθαλπία των προϊόντων μετασχηματισμού στη θερμοκρασία εξόδου της συσκευής. Κινητική μεταφοράς θερμότητας.Υπάρχουν τρεις τύποι (μηχανισμοί) μεταφοράς θερμότητας: θερμική αγωγιμότητα, συναγωγή και ακτινοβολία. Μεταφορά θερμότητας με θερμική αγωγιμότητα.Ως θερμική αγωγιμότητα νοείται η μεταφορά θερμικής ενέργειας σε ένα μέσο χωρίς τις κινήσεις της μάζας του σε σχέση με την κατεύθυνση της μεταφοράς θερμότητας. Εδώ, η θερμότητα μεταφέρεται ως η ενέργεια των ελαστικών δονήσεων των ατόμων και των μορίων γύρω από τη μέση θέση τους. Αυτή η ενέργεια περνά σε γειτονικά άτομα και μόρια προς την κατεύθυνση της μείωσής της, δηλ. μείωση της θερμοκρασίας. Ο νόμος του Φουριέ.Η μεταφορά θερμότητας μέσω θερμικής αγωγιμότητας περιγράφεται από το νόμο του Fourier, σύμφωνα με τον οποίο η ποσότητα θερμότητας που διέρχεται από μια επιφάνεια με την πάροδο του χρόνου dF, κάθετη προς την κατεύθυνση μεταφοράς θερμότητας, ισούται με: (2.8) όπου είναι ο συντελεστής αναλογικότητας, που ονομάζεται συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας ή θερμική αγωγιμότητα. - διαβάθμιση θερμοκρασίας, δηλ. μεταβολή της θερμοκρασίας ανά μονάδα μήκους προς την κατεύθυνση της μεταφοράς θερμότητας. Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας.Καθορίζει τον ρυθμό μεταφοράς θερμότητας, δηλ. η ποσότητα θερμότητας που διέρχεται ανά μονάδα χρόνου μέσα από μια μονάδα επιφάνειας ενός σώματος με το μήκος του προς τη διεύθυνση μεταφοράς θερμότητας ίσο με μονάδα και διαφορά θερμοκρασίας 1 βαθμό. Τα μέταλλα έχουν τη μεγαλύτερη σημασία - από αρκετές δεκάδες έως αρκετές εκατοντάδες W/(m deg). Τα στερεά -όχι τα μέταλλα- έχουν σημαντικά χαμηλότερους συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας. Η θερμική αγωγιμότητα των υγρών είναι μικρότερη από τη θερμική αγωγιμότητα των περισσότερων στερεών. Για αυτούς κυμαίνεται στα δέκατα W/(m deg). Οι συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας είναι ακόμη χαμηλότεροι. Μεταφορά θερμότητας μέσω θερμικής αγωγιμότητας μέσω του τοίχου.Η ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται σε 1 ώρα μέσω ενός επίπεδου τοίχου μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση Fourier ως την ποσότητα θερμότητας που διέρχεται από ένα επίπεδο απειροελάχιστου πάχους dxεντός του τοίχου: (2.9) Ενσωματώνοντας την αλλαγή της θερμοκρασίας σε όλο το πάχος του τοίχου, λαμβάνουμε (2.10) Από την ολοκλήρωση είναι σαφές ότι η θερμοκρασία tμέσα σε επίπεδο τοίχο πέφτει κατά μήκος του πάχους του τοιχώματος προς την κατεύθυνση μεταφοράς θερμότητας σύμφωνα με το νόμο της ευθείας γραμμής.

t Εικ. 2.2

Μεταφορά θερμότητας με συναγωγή. Μεταφορά θερμότητας με συναγωγή- αυτή είναι η μεταφορά θερμότητας κατά όγκους του μέσου μέσω της αμοιβαίας κίνησής τους προς την κατεύθυνση της μεταφοράς θερμότητας. Η μεταφορά θερμότητας από το μέσο στον τοίχο ή από τον τοίχο στο μέσο ονομάζεται μεταφορά θερμότητας. Η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται καθορίζεται από το νόμο του Νεύτωνα: (2.11) πού είναι ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας. Συντελεστής μεταφοράς θερμότητας κατά την τυρβώδη κίνηση του μέσου.Ένα μέσο με τυρβώδη κίνηση και θερμοκρασία t1στον κύριο πυρήνα της ροής, ρέοντας κατά μήκος του τοίχου με θερμοκρασία μεταφέρει τη θερμότητά του σε αυτό (Εικ. 2.2). Υπάρχει πάντα ένα λεπτό οριακό στρώμα κοντά στον τοίχο όπου λαμβάνει χώρα η στρωτή ροή. Η κύρια αντίσταση στη μεταφορά θερμότητας συγκεντρώνεται σε αυτό το στρωτό στρώμα. Σύμφωνα με το νόμο του Φουριέ: (2.12) Συγκρίνοντας τις εξισώσεις (2.11) και (2.12), βλέπουμε ότι (2.13) Η ποσότητα ονομάζεται πάχος του ανηγμένου στρώματος. Η τιμή εξαρτάται από τους ακόλουθους κύριους παράγοντες: 1) φυσικές ιδιότητες του ρευστού: θερμική αγωγιμότητα, θερμοχωρητικότητα, ιξώδες, πυκνότητα 2) υδραυλικές συνθήκες για το πλύσιμο της επιφάνειας λήψης (ή απελευθέρωσης θερμότητας) με υγρό ή αέριο: ταχύτητα και κατεύθυνση του ρευστού σε σχέση με αυτή την επιφάνεια 3) χωρικές συνθήκες που περιορίζουν τη ροή: διάμετρος, μήκος, σχήμα και τραχύτητα επιφάνειας. Έτσι, ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι συνάρτηση πολλών μεγεθών: . Η λειτουργική σχέση μεταξύ των κριτηρίων ομοιότητας που χαρακτηρίζουν τη μεταφορά θερμότητας κατά την τυρβώδη ροή σε ευθύγραμμους, ομαλούς και μακρούς σωλήνες προέκυψε με τη μέθοδο της ανάλυσης διαστάσεων. (2.14) ή εν συντομία (2.15) όπου τα A, a και e είναι μερικά αριθμητικά μεγέθη. Τα αδιάστατα συμπλέγματα έχουν ονόματα: - Κριτήριο Nusselt, το οποίο περιλαμβάνει την επιθυμητή τιμή του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας (ο Nusselt ήταν ο πρώτος που εφάρμοσε τη θεωρία ομοιότητας για να λύσει ζητήματα μεταφοράς θερμότητας). - Κριτήριο Reynolds, που καθορίζει τα υδραυλικά χαρακτηριστικά της ροής: - Κριτήριο Prandtl, που χαρακτηρίζει τις φυσικές ιδιότητες του μέσου. Ο προσδιορισμός των Α, α και ε γίνεται με βάση πειραματικές μελέτες. Συντελεστής μεταφοράς θερμότητας.Το πιο συνηθισμένο φαινόμενο στη χημική τεχνολογία είναι η μεταφορά θερμότητας από το ένα ρευστό στο άλλο μέσω του τοιχώματος που τα χωρίζει. Η μεταφορά θερμότητας από το ένα μέσο στο άλλο αποτελείται από τρία στάδια και για μια σταθερή διαδικασία η ροή θερμότητας προς την κατεύθυνση της μεταφοράς θερμότητας παραμένει σταθερή. Ροή θερμότητας από το πρώτο μέσο προς τον τοίχο (2.16) μέσω του τοίχου (2.17) από τον τοίχο στο δεύτερο μέσο (2.18) Η κοινή λύση των εξισώσεων (2.16, 2.17, 2.18) δίνει: (2.19) Στην εξίσωση (2.19) λέγεται ποσότητα (2,20). συντελεστής μεταφοράς θερμότητας. Στο σύστημα SI έχει τη διάσταση . Μέση διαφορά θερμοκρασίας.Η βάση για τον υπολογισμό της απαιτούμενης επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας F για τη μεταφορά της ποσότητας θερμότητας που καθορίζεται από το θερμικό ισοζύγιο ανά μονάδα χρόνου Q είναι η εξίσωση (2.19). Στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων, οι θερμοκρασίες των μέσων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μεταφοράς θερμότητας θα αλλάξουν ως αποτέλεσμα της ανταλλαγής θερμότητας, και κατά συνέπεια, η διαφορά θερμοκρασίας κατά μήκος της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας θα αλλάξει επίσης. Επομένως, υπολογίζεται η μέση διαφορά θερμοκρασίας κατά μήκος της συσκευής, αλλά επειδή αυτή η μεταβολή δεν είναι γραμμική, υπολογίζω τη λογαριθμική διαφορά θερμοκρασίας. ; (2.21) Αυτό αποδεικνύεται με μαθηματικούς υπολογισμούς. Με την αντίθετη ροή, απαιτείται πάντα μια μικρότερη επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας από ό,τι με την προς τα εμπρός ροή για τη μεταφορά ίσης ποσότητας θερμότητας υπό τις ίδιες συνθήκες αρχικής και τελικής θερμοκρασίας του μέσου. Στην περίπτωση του ρεύματος ανάμιξης, σε ένα πέρασμα του εναλλάκτη θερμότητας το μέσο κινείται αντίθετα και προς την άλλη κατεύθυνση με προς τα εμπρός ροή. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η μέση διαφορά θερμοκρασίας προσδιορίζεται από τη σχέση (2.22) όπου είναι η μέση λογαριθμική διαφορά θερμοκρασίας κατά την αντίθετη ροή. - συντελεστής διόρθωσης, ο οποίος είναι πάντα μικρότερος από τη μονάδα. Εναλλάκτες θερμότητας κελύφους και σωλήνων. Ο εναλλάκτης θερμότητας κελύφους και σωλήνα είναι η πιο κοινή συσκευή λόγω της συμπαγούς τοποθέτησης μιας μεγάλης επιφάνειας μεταφοράς θερμότητας ανά μονάδα όγκου της συσκευής. Η επιφάνεια ανταλλαγής θερμότητας σε αυτήν σχηματίζεται από μια δέσμη παράλληλων σωλήνων, τα άκρα των οποίων στερεώνονται σε δύο φύλλα σωλήνων (πλέγματα). Οι σωλήνες περικλείονται σε ένα κυλινδρικό περίβλημα συγκολλημένο στα φύλλα σωλήνα ή συνδεδεμένο με αυτά με φλάντζες. Οι κεφαλές διανομής (πυθμένα) βιδώνονται στα φύλλα σωλήνων, γεγονός που διευκολύνει την αφαίρεσή τους και τον καθαρισμό των σωλήνων ή, εάν είναι απαραίτητο, την αντικατάστασή τους με νέους. Η συσκευή διαθέτει εξαρτήματα για την παροχή και την αφαίρεση μέσων ανταλλαγής θερμότητας. Προκειμένου να αποφευχθεί η ανάμειξη των μέσων, οι σωλήνες στερεώνονται σε κόσκινα τις περισσότερες φορές με διόγκωση, συγκόλληση ή, σπανιότερα, για την αποφυγή θερμικής καταπόνησης χρησιμοποιώντας σφραγίδες. Τα πλεονεκτήματα της διεξαγωγής διαδικασιών ανταλλαγής θερμότητας χρησιμοποιώντας την αρχή του αντίθετου ρεύματος, η οποία συνήθως πραγματοποιείται σε εναλλάκτες θερμότητας κελύφους και σωλήνα. Σε αυτή την περίπτωση, το ψυχρό μέσο μπορεί να κατευθυνθεί από πάνω προς τα κάτω και το θερμαινόμενο προς αυτό ή αντίστροφα. Η επιλογή του μέσου που θα κατευθύνεται στον χώρο μεταξύ των σωλήνων και ποιο στους σωλήνες αποφασίζεται συγκρίνοντας έναν αριθμό συνθηκών: n το μέσο με τη χαμηλότερη τιμή πρέπει να κατευθύνεται στους σωλήνες για να αυξηθεί η ταχύτητα κίνησής του, και επομένως να να αυξήσει τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας. n Η εσωτερική επιφάνεια των σωλήνων καθαρίζεται ευκολότερα από ρύπους, επομένως το ψυκτικό που μπορεί να μολύνει την επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας πρέπει να κατευθύνεται στους σωλήνες. n συνιστάται να κατευθύνετε το μέσο υψηλής πίεσης σε σωλήνες, ο κίνδυνος ρήξης των οποίων είναι μικρότερος σε σύγκριση με το περίβλημα. n είναι καλύτερο να τροφοδοτείτε ένα μέσο με πολύ υψηλή ή, αντίθετα, χαμηλή θερμοκρασία σε σωλήνες για να μειώσετε την απώλεια θερμότητας στο περιβάλλον. Η λειτουργία των εναλλάκτη θερμότητας με κέλυφος και σωλήνα μπορεί να ενταθεί με τη χρήση σωλήνων μικρής διαμέτρου. Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι καθώς μειώνεται η διάμετρος των σωλήνων, αυξάνεται η υδραυλική αντίσταση του εναλλάκτη θερμότητας. Ο απλούστερος τρόπος για να εξασφαλίσετε υψηλές ταχύτητες είναι να εγκαταστήσετε εναλλάκτες θερμότητας πολλαπλών διελεύσεων. Ο αριθμός των διαδρομών στο χώρο του σωλήνα μπορεί να φτάσει έως και 8 - 12. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι συχνά αδύνατο να διατηρηθεί η αρχή της αντίθετης ροής. Η παρουσία μικτού ρεύματος θα μειώσει κάπως την κινητήρια δύναμη της διαδικασίας μεταφοράς θερμότητας, η οποία θα μειώσει ανάλογα την απόδοση λειτουργίας. Με τη βοήθεια χωρισμάτων αυξάνεται η ταχύτητα κίνησης του μέσου που έχει χαμηλότερο συντελεστή μεταφοράς θερμότητας. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι σε εναλλάκτες θερμότητας μεγάλου μήκους, ειδικά πολλαπλών διέλευσης, η ανάμειξη του εισερχόμενου μέσου με ολόκληρη την ποσότητα που βρίσκεται στη συσκευή μειώνεται και αυτό αποτρέπει πιθανή πρόσθετη μείωση της μέσης διαφοράς θερμοκρασίας. Στους εναλλάκτες θερμότητας με κέλυφος και σωλήνα, όταν υπάρχει μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των μέσων, προκύπτουν σημαντικές θερμικές καταπονήσεις, ειδικά κατά την έναρξη ή τη διακοπή λειτουργίας της συσκευής, που προκαλούνται από διαφορετικές επιμηκύνσεις των σωλήνων και του περιβλήματος υπό την επίδραση διαφορετικών θερμοκρασίες. Για να αποφευχθεί η εμφάνιση τέτοιων τάσεων, χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα μέτρα: 1. Εγκατάσταση συμπιεστή φακού στο περίβλημα της συσκευής. 2. Τοποθέτηση μόνο ενός φύλλου σωλήνα στον εναλλάκτη θερμότητας, στον οποίο στερεώνονται σωλήνες σχήματος U. 3. Σχεδιασμός εναλλάκτη θερμότητας με «πλωτή κεφαλή». 4. Στερεώστε τους σωλήνες σε ένα από τα φύλλα σωλήνα χρησιμοποιώντας στεγανοποιήσεις. 5. Σύνδεση κουτιού γέμισης μεταξύ του φύλλου σωλήνα και του περιβλήματος. Εναλλάκτες θερμότητας τύπου “pipe in pipe”.Οι εναλλάκτες θερμότητας αυτού του τύπου συναρμολογούνται από σωλήνες, καθένας από τους οποίους περιβάλλεται από έναν σωλήνα ελαφρώς μεγαλύτερης διαμέτρου. Το ένα μέσο ρέει μέσω του εσωτερικού σωλήνα, το άλλο μέσω του δακτυλιοειδούς καναλιού. Οι εσωτερικοί σωλήνες συνδέονται σε σειρά με "ρολά", και οι εξωτερικοί - με σωλήνες διακλάδωσης. Εάν είναι απαραίτητο, είναι δυνατό να ληφθεί μια μεγάλη επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας όχι μόνο σε σειρά, αλλά και σε παράλληλη και συνδυασμένη σύνδεση τέτοιων τμημάτων χρησιμοποιώντας συλλέκτες. Σε έναν εναλλάκτη θερμότητας τύπου «pipe-in-pipe», με την κατάλληλη επιλογή διαμέτρων σωλήνων και για τα δύο μέσα ανταλλαγής θερμότητας, μπορεί να εκχωρηθεί οποιαδήποτε ταχύτητα και επομένως να ληφθούν αντίστοιχα υψηλές τιμές. Το μειονέκτημα τέτοιων εναλλάκτη θερμότητας είναι η υψηλή κατανάλωση μετάλλου ανά μονάδα επιφάνειας μεταφοράς θερμότητας λόγω του κόστους των εξωτερικών σωλήνων που είναι άχρηστοι για ανταλλαγή θερμότητας, γεγονός που οδηγεί σε σημαντική αύξηση του κόστους της συσκευής. Αυτό το μειονέκτημα γίνεται λιγότερο αισθητό εάν οι εξωτερικοί σωλήνες είναι κατασκευασμένοι από συνηθισμένο ανθρακούχο χάλυβα και οι εσωτερικοί σωλήνες είναι κατασκευασμένοι από ακριβό υλικό σε επιθετικά περιβάλλοντα. Οι εναλλάκτες θερμότητας του τύπου "pipe-in-pipe" χρησιμοποιούνται ιδιαίτερα ευρέως όταν τα μέσα τροφοδοτούνται υπό υψηλή πίεση (δεκάδες και εκατοντάδες ατμόσφαιρες). Μεταφορά θερμότητας από ατμό συμπύκνωσης.Μία από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μεθόδους θέρμανσης στη χημική βιομηχανία είναι η θέρμανση με ατμό με συμπύκνωση. Τα πλεονεκτήματα μιας τέτοιας θέρμανσης είναι τα εξής: 1. Ο ατμός έχει υψηλή περιεκτικότητα σε θερμότητα λόγω της θερμότητας της συμπύκνωσης. 2. Είναι δυνατή η χρήση θρυμματισμένου ατμού μετά από τουρμπίνες, ο οποίος δεν έχει χάσει ακόμη τη θερμότητα συμπύκνωσης. 3. Ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας από τον ατμό συμπύκνωσης είναι μεγάλος. 4. Ο ατμός συμπύκνωσης εξασφαλίζει ομοιόμορφη και ακριβή θέρμανση, εύκολα ρυθμιζόμενη αλλάζοντας την πίεση. Συντελεστής μεταφοράς θερμότητας από συμπύκνωση ατμού.Υπάρχουν δύο μηχανισμοί για τη συμπύκνωση ατμού στον τοίχο υποδοχής θερμότητας: ταινίαστη βρεγμένη επιφάνεια και σταγόνασε τοίχο που δεν βρέχεται από συμπύκνωμα. Σε στρωτή λειτουργία, ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας μπορεί να προσδιοριστεί μέσω ενός πηκτικού φιλμ συμπυκνώματος που ρέει κάτω υπό την επίδραση της βαρύτητας, η θερμότητα μεταφέρεται από τη θερμική αγωγιμότητα. Όταν ο ατμός συμπυκνώνεται στην επιφάνεια κάθετων σωλήνων (2.23) πού είναι η διαφορά μεταξύ των θερμοκρασιών συμπύκνωσης του ατμού και του τοιχώματος; r- θερμότητα συμπύκνωσης, J/kg; - συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του συμπυκνώματος, ; - πυκνότητα συμπυκνώματος, ; - ιξώδες συμπυκνώματος, ; H- ύψος του κατακόρυφου σωλήνα ή τοίχου, Μ. Η εξίσωση (2.23) δείχνει τη φυσική ουσία του φαινομένου. Κατά τον υπολογισμό αυτής της εξίσωσης, προκύπτει ένα υποτιμημένο αποτέλεσμα, καθώς η κυματική κίνηση του φιλμ συμπυκνώματος δεν λαμβάνεται υπόψη. Τα πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι η εξίσωση (2.24) δίνει πιο ακριβή αποτελέσματα, επίσης, η τιμή του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας επηρεάζεται σε διάφορους βαθμούς από τους ακόλουθους παράγοντες: n μεταβολή των τιμών και. H(ταραχώδες καθεστώς ροής φιλμ). n αλλαγή στην ταχύτητα κίνησης του ατμού και στην κατεύθυνσή του. n αλλαγή στη θέση της επιφάνειας μεταφοράς θερμότητας (με οριζόντια διάταξη, οι συνθήκες μεταφοράς θερμότητας χειροτερεύουν). n αλλαγή στην κατάσταση της επιφάνειας και τη φύση της συμπύκνωσης. n επίδραση της υπερθέρμανσης του ατμού. n επίδραση των ακαθαρσιών των αερίων συμπύκνωσης. 3.Υλικοί και θερμικοί υπολογισμοί 3.1. Κοινό μέρος. 1. Προσδιορίστε την κατανάλωση θερμότητας και την κατανάλωση νερού. Ας πάρουμε τον δείκτη «1» για το ζεστό ψυκτικό (βενζόλιο + τολουόλιο), τον δείκτη «2» για το κρύο ψυκτικό (νερό). Ας βρούμε πρώτα τη μέση θερμοκρασία του νερού: t2 = 0,5 (10 + 25) = 17,5 C; μέση θερμοκρασία του μίγματος βενζολίου-τολουολίου: = 31 + 17,5 = 48,5 C. (3.1) όπου είναι η μέση διαφορά θερμοκρασίας ίση με 31 C με ροή ψυκτικού +80,5 25 C; +25 10 C; ; = 31 C; (3.2) Χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι απώλειες θερμότητας, κατανάλωση θερμότητας: W; (3.3) η κατανάλωση νερού είναι παρόμοια με την (3.3) εκφρασμένη μέσω κατανάλωσης: kg/s; (3.4) όπου =1927 J/(kg K) και =4190 J/(kg K) είναι οι ειδικές θερμοχωρητικότητες του μείγματος και του νερού στις μέσες θερμοκρασίες τους =48,5 C και =17,5 C. Ογκομετρικοί ρυθμοί ροής μείγματος και νερού: (3.5) (3.6) όπου και - η πυκνότητα του μείγματος λαμβάνεται όπως για το καθαρό βενζόλιο, καθώς η περιεκτικότητα σε τολουόλιο δεν είναι υψηλή και η αλλαγή στην πυκνότητα είναι πολύ ασήμαντη και το νερό. 3.2. Ας περιγράψουμε τις επιλογές για εναλλάκτες θερμότητας. Για να γίνει αυτό, ας προσδιορίσουμε κατά προσέγγιση την τιμή του εμβαδού της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας, υποθέτοντας Kor = 500, δηλ. λαμβάνοντας την ίδια τιμή με τη μεταφορά θερμότητας από υγρό σε υγρό για νερό: ; (3.7) Από την τιμή = 23 προκύπτει ότι ο σχεδιασμένος εναλλάκτης θερμότητας μπορεί να είναι πολλαπλών λειτουργιών. Επομένως, για να είναι σωστός ο υπολογισμός, είναι απαραίτητο να γίνει μια τροποποίηση για εναλλάκτες θερμότητας πολλαπλών διέλευσης. Σε συσκευές με αντίστροφη κίνηση ψυκτικών υγρών, ενώ όλα τα άλλα είναι ίσα, υπάρχουν περισσότερα από ό,τι στην περίπτωση της προς τα εμπρός ροής. Με πολύπλοκη αμοιβαία κίνηση ψυκτικών υγρών, λαμβάνει ενδιάμεσες τιμές, οι οποίες λαμβάνονται υπόψη εισάγοντας μια διόρθωση στη μέση λογαριθμική διαφορά θερμοκρασίας για την αντίθετη ροή. ; (3.8) όπου ; ; ; ; ; ; ; ; Ας υπολογίσουμε τον συντελεστή χρησιμοποιώντας τον τύπο (3.8). = C; (3.9) Για να εξασφαλίσουμε εντατική μεταφορά θερμότητας, θα προσπαθήσουμε να επιλέξουμε μια συσκευή με τυρβώδη ροή ψυκτικών. Θα κατευθύνουμε το μείγμα βενζολίου-τολουολίου στον χώρο του σωλήνα, καθώς αυτό είναι ένα ενεργό μέσο, ​​και το νερό στον χώρο μεταξύ των σωλήνων. Σε σωλήνες ανταλλαγής θερμότητας Æ25*2 mm ψυγείων σύμφωνα με το GOST 15120-79, ο ρυθμός ροής του μείγματος σε Re 2 > 10000 πρέπει να είναι μεγαλύτερος από (3,10) όπου είναι το ιξώδες του μείγματος στους 48,5 C. . Ο αριθμός των σωλήνων που παρέχουν αυτή τη λειτουργία πρέπει να είναι: ; (3.11) δηλ. αριθμός σωλήνων n< 44,9 на один ход. Выберем варианты теплообменников : 1. Теплообменник «кожухотрубный» D = 600; d = 25*2; z=6; n/z = 32,7; SВ.П. = 0,037 ; F = 61 ; L = 4 м; SВ.П. = 0,011 . 2. Теплообменник «кожухотрубный» D = 600; d = 25*2; z=4; n/z = 51,5; SВ.П. = 0,04 ; F = 65 ; L = 4 м; SВ.П. = 0,018 . Επιλογή 1.Εναλλάκτης θερμότητας «κέλυφος και σωλήνας» (GOST 15120-79) 1.1 Ο ρυθμός ροής στους σωλήνες, για να διασφαλιστεί η τυρβώδης λειτουργία, πρέπει να είναι μεγαλύτερος από 1,2 Ας συντάξουμε ένα διάγραμμα της διαδικασίας μεταφοράς θερμότητας (Εικ. 3.1). α) Στο χώρο του σωλήνα. Ας προσδιορίσουμε τα κριτήρια Reynolds και Prandtl για ένα μείγμα βενζολίου-τολουολίου.

Βενζόλιο-τολουόλιο Νερό Ρύζι. 3.1(στην πρώτη επιλογή υπολογισμού)

; (3.12) ; ; (3.13) ; όπου =0,14 W/(m K) είναι ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του μείγματος βενζολίου-τολουολίου. Ας υπολογίσουμε το κριτήριο Nusselt για την τυρβώδη ροή ενός μείγματος: ; (3.14) όπου παίρνουμε ίσο με 1, και τη σχέση =1 με περαιτέρω διόρθωση. Συντελεστής μεταφοράς θερμότητας μείγματος βενζολίου-τολουολίου στον τοίχο: ; (3.15) β) Διασωλήνων χώρος. Ας υπολογίσουμε τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας για το νερό. Ταχύτητα νερού στο χώρο μεταξύ των σωλήνων. ; (3.16) Κριτήριο Reynolds για το νερό: ; (3.17) όπου =0.0011 Pa s, = 998 σε θερμοκρασία +17.5 C; Κριτήριο Prandtl για νερό στους +17,5 C: ; (3.18) όπου =0.59 W/(m K) είναι ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του νερού. Για να επιλέξετε έναν τύπο για τον υπολογισμό του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας, ας υπολογίσουμε την τιμή του GrPr στο Re< 10000. ; (3.19) где - плотность воды при 17,5 С ; ; и - плотности воды при 10 и 25 С; =0,0011 Па с - динамический коэффициент вязкости воды при 17,5 С. ; Для вертикального расположения труб примем выражение ; (3.20) примем значение = 1 с дальнейшей поправкой где и вязкость воды при 17,5 С и температуре стенки соответственно по формуле (3.20). ; Коэффициент теплоотдачи для воды: ; (3.21) Рассчитаем термическое сопротивление стенки и загрязнений : ; (3.22) ; Коэффициент теплопередачи: ; (3.23) Поверхностная плотность потока: ; (3.24) 1.3 Определим ориентировочно значения и , исходя из того, что ; (3.25) где сумма . Найдем: С; (3.26) С; (3.27) С; (3.28) Проверка: сумма ; 12,3 + 4,3 + 8,5 = 25,1 С; Отсюда С; (3.29) С; (3.30) Введем поправку в коэффициенты теплоотдачи, определив .Критерий Прандтля для смеси бензол-толуол при С; ; (3.31) где ; ; . Коэффициент теплоотдачи для смеси: (3.32) Коэффициент теплоотдачи для воды: (3.33) где ; Исправленные значения К, q, и (3.23): ; ; (3.34) С; (3.35) С; (3.36) (3.37) (3.38) Дальнейшее уточнение , и других величин не требуется, так как расхождение между крайними значениями не превышает 5%. 1.4. Расчетная площадь поверхности теплопередачи: ; (3.39) запас Επιλογή 2.Εναλλάκτης θερμότητας κελύφους και σωλήνα (GOST 15120-79) 2.1. Η ταχύτητα ροής στους σωλήνες, για την εξασφάλιση τυρβωδών συνθηκών, πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 2,2. Ας συντάξουμε ένα διάγραμμα της διαδικασίας μεταφοράς θερμότητας (Εικ. 3.2). α) Στο χώρο του σωλήνα. Ας προσδιορίσουμε τα κριτήρια Reynolds και Prandtl για ένα μείγμα βενζολίου-τολουολίου. Ας υπολογίσουμε τον Reynolds χρησιμοποιώντας τον τύπο (3.12)

Βενζόλιο-τολουόλιο Νερό Ρύζι. 3.2(στη δεύτερη επιλογή υπολογισμού)

; Κριτήριο Prandtl (3.13). ; όπου =0,14 W/(m K) είναι ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του μείγματος βενζολίου-τολουολίου. Για να επιλέξετε έναν τύπο για τον υπολογισμό του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας, ας υπολογίσουμε την τιμή του GrPr στο Re< 10000. где - плотность воды при 48,5 С ; ; и - плотности смеси при 25 и 80,5 С; =0,00045 Па с - динамический коэффициент вязкости смеси при 48,5 С. ; Для вертикального расположения труб примем выражение примем значение = 1 с дальнейшей поправкой где и вязкость смеси бензол-толуол при 48,5 С и температуре стенки соответственно. Рассчитаем по формуле (3.20). ; Коэффициент теплоотдачи для смеси бензол-толуол (3.15): ; б) Межтрубное пространство. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для воды. Скорость воды в межтрубном пространстве (3.16). ; Критерий Рейнольдса для воды (3.17): ; где =0,0011 Па с , = 998 при температуре +17,5 С; Критерий Прандтля для воды при +17,5 С (3.18): ; где =0,59 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности воды . Для выбора формулы расчета коэффициента теплоотдачи рассчитаем значение GrPr при Re < 10000 (3.19). ; где - плотность воды при 17,5 С ; ; и - плотности воды при 10 и 25 С; =0,0011 Па с - динамический коэффициент вязкости воды при 17,5 С. ; Для вертикального расположения труб примем выражение примем значение = 1 с дальнейшей поправкой где и вязкость воды при 17,5 С и температуре стенки соответственно (3.20). ; Коэффициент теплоотдачи для воды (3.21): ; Рассчитаем термическое сопротивление стенки и загрязнений (3.22): ; Коэффициент теплопередачи (3.23): ; Поверхностная плотность потока (3.24): ; 2.3. Определим ориентировочно значения и , исходя из формулы (3.25). Найдем: С; (3.26) С; (3.27) С; (3.28) Проверка: сумма ; 13,9 + 3,6 + 7,6 = 25,1 С; Отсюда С; (3.29) С; (3.30) Введем поправку в коэффициенты теплоотдачи, определив . Для смеси бензол-толуол при С и воды при С; Коэффициент теплоотдачи для смеси (3.33): где - кинематическая вязкость . Коэффициент теплоотдачи для воды (3.33): где - вязкость воды при температуре стенки ; Исправленные значения К, q, и (3.23),(3.34),(3.35) и (3.36): ; ; С; С; Проверка расхождения по формулам (3.37) и (3.38). Дальнейшее уточнение , и других величин не требуется, так как расхождение между крайними значениями не превышает 5%. 2.4. Расчетная площадь поверхности теплопередачи (3.39): ; запас 4.Υδραυλικός και οικονομικός υπολογισμόςΥπολογισμός υδραυλικής αντίστασης. Ας συγκρίνουμε τις δύο επιλεγμένες επιλογές εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνα όσον αφορά την υδραυλική αντίσταση. Επιλογή 1.Ταχύτητα υγρού σε σωλήνες. (4.1) ; (4.2) Ο συντελεστής τριβής υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο (4.2): ; όπου είναι το ύψος των προεξοχών τραχύτητας στην επιφάνεια, d είναι η διάμετρος του σωλήνα. Η διάμετρος των εξαρτημάτων στο θάλαμο διανομής - ο χώρος των σωλήνων, - ο χώρος μεταξύ των σωλήνων. ; (4.3) Ας υπολογίσουμε την ταχύτητα στα ακροφύσια χρησιμοποιώντας τον τύπο (4.3). Στο χώρο των σωλήνων οι ακόλουθες τοπικές αντιστάσεις είναι: είσοδος και έξοδος από το θάλαμο, 5 στροφές κατά 180 μοίρες, 6 είσοδοι στους σωλήνες και 6 έξοδοι από αυτούς. Σύμφωνα με τον τύπο, λαμβάνουμε (4.4) Ας υπολογίσουμε την υδραυλική αντίσταση χρησιμοποιώντας τον τύπο (4.4) Ο αριθμός των σειρών σωλήνων που πλένονται από τη ροή στο χώρο μεταξύ των σωλήνων, ; Ας πάρουμε, στρογγυλοποίηση προς τα πάνω, 9. Αριθμός κατατμήσεων τμήματος Χ= 10 Η διάμετρος των εξαρτημάτων στο περίβλημα είναι ο δακτυλιοειδής χώρος, ο ρυθμός ροής στα εξαρτήματα σύμφωνα με τον τύπο (4.3) Η ταχύτητα ροής στο στενότερο τμήμα (4.5) Στο δακτυλιοειδές χώρο οι ακόλουθες τοπικές αντιστάσεις είναι: είσοδος υγρού και έξοδος μέσα από τα εξαρτήματα, 10 τμήματα περιστροφής και 11 αντιστάσεις της δέσμης σωλήνων όταν ρέει γύρω της (4.6) Ας υπολογίσουμε την υδραυλική αντίσταση χρησιμοποιώντας τον τύπο (4.6) Επιλογή 2.Ταχύτητα υγρού σε σωλήνες (4.1); Ο συντελεστής τριβής υπολογίζεται με τον τύπο (4.2): ; Η διάμετρος των εξαρτημάτων στο θάλαμο διανομής - ο χώρος των σωλήνων, - ο χώρος μεταξύ των σωλήνων. Ας υπολογίσουμε την ταχύτητα στα εξαρτήματα χρησιμοποιώντας τον τύπο (4.3). Στο χώρο των σωλήνων οι ακόλουθες τοπικές αντιστάσεις είναι: είσοδος και έξοδος από το θάλαμο, 3 στροφές κατά 180 μοίρες, 4 είσοδοι στους σωλήνες και 4 έξοδοι από αυτούς. Σύμφωνα με τον τύπο, υπολογίζουμε την υδραυλική αντίσταση χρησιμοποιώντας τον τύπο (4.4) Αριθμός σειρών σωλήνων που πλένονται από τη ροή στο χώρο μεταξύ των σωλήνων, ; Ας πάρουμε, στρογγυλοποίηση προς τα πάνω, 9. Αριθμός κατατμήσεων τμήματος Χ= 10 Η διάμετρος των εξαρτημάτων στο περίβλημα είναι ο δακτυλιοειδής χώρος, ο ρυθμός ροής στα εξαρτήματα σύμφωνα με τον τύπο (4.3) Η ταχύτητα ροής στο στενότερο τμήμα (4.5) Στο δακτυλιοειδές χώρο οι ακόλουθες τοπικές αντιστάσεις είναι: είσοδος υγρού και έξοδο μέσα από τα εξαρτήματα, 10 τμήματα περιστροφής και 11 αντιστάσεις της δέσμης σωλήνων όταν ρέει γύρω από αυτήν. Ας υπολογίσουμε την υδραυλική αντίσταση χρησιμοποιώντας τον τύπο (4.6) 5.Οικονομικός υπολογισμός Επιλογή 1.Μάζα εναλλάκτη θερμότητας Για την εκτίμηση του κόστους της συσκευής, είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η μάζα των σωλήνων ανταλλαγής θερμότητας. (5.1) όπου κατά Ποσοστό της μάζας των σωλήνων από τη μάζα ολόκληρου του εναλλάκτη θερμότητας Τιμή ανά μονάδα μάζας του εναλλάκτη θερμότητας σύμφωνα με Ctr = 0,99 τρίψιμο/kg. Τιμή εναλλάκτη θερμότητας Το κόστος ενέργειας, λαμβάνοντας υπόψη την απόδοση της μονάδας άντλησης για την άντληση ζεστού υγρού μέσω σωλήνων, θα είναι: (5.2) όπου, σύμφωνα με πρακτικούς υπολογισμούς . Κόστος ενέργειας για την άντληση ψυχρού υγρού μέσω του δακτυλίου (5.3) Το δεδομένο κόστος θα είναι (5.4) όπου 8000 είναι ο χρόνος λειτουργίας των αντλιών ανά έτος. = 0,02 - κόστος ενός κιλοβάτ ενέργειας ρούβλια/kW. Επιλογή 2.Μάζα του εναλλάκτη θερμότητας Για την εκτίμηση του κόστους της συσκευής, είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η μάζα των σωλήνων ανταλλαγής θερμότητας (5.1). Αναλογία της μάζας των σωλήνων από τη μάζα ολόκληρου του εναλλάκτη θερμότητας Τιμή ανά μονάδα μάζας του εναλλάκτη θερμότητας κατά Ctr = 0,975 τρίψιμο/kg. Τιμή του εναλλάκτη θερμότητας Το κόστος ενέργειας, λαμβάνοντας υπόψη την απόδοση της μονάδας άντλησης για την άντληση ζεστού υγρού μέσω σωλήνων, θα είναι (5.2): όπου, σύμφωνα με πρακτικούς υπολογισμούς . Κόστος ενέργειας για την άντληση ψυχρού υγρού μέσω του δακτυλίου (5.3) Το δεδομένο κόστος θα είναι (5.4) 6. ΣυμπεράσματαΓια λόγους σαφήνειας, συνοψίζουμε τα αποτελέσματα των υπολογισμών σε έναν πίνακα. Από τον (Πίνακα 1) είναι σαφές ότι η διαφορά μεταξύ του μειωμένου κόστους των επιλεγμένων επιλογών Τραπέζι 1.

Τεχνικοί και οικονομικοί δείκτες	669,9
	5,6	2,4
	685,7	672,3

ασήμαντος. Ωστόσο, η πιο οικονομική επιλογή είναι η δεύτερη επιλογή όσον αφορά το δεδομένο κόστος. Επιπλέον, η δεύτερη επιλογή έχει μεγαλύτερη επιφάνεια, η οποία δίνει πλεονεκτήματα σε σχέση με την πρώτη επιλογή όταν η συσκευή λερωθεί. 7. ΣυμπέρασμαΣε αυτό το έγγραφο έγιναν υλικοί, θερμικοί, οικονομικοί και υδραυλικοί υπολογισμοί βάσει των οποίων εξήχθησαν συμπεράσματα. Επιλέχθηκε ο βέλτιστος εναλλάκτης θερμότητας. Η εισαγωγή αντανακλούσε επίσης τους βασικούς νόμους της μεταφοράς θερμότητας και της ροής ρευστού.