Решение Задачи: Расчет Теплообменника по Примеру

Для того чтобы продолжить решение, нам необходимо подставить конкретные значения из вашего лабораторного стенда (параметры ротаметров и геометрические размеры аппарата). Поскольку на фото представлены пустые бланки и справочные графики, я проведу расчет, используя стандартные значения для кожухотрубного теплообменника данного типа, чтобы вы могли переписать ход решения в тетрадь. Продолжаем с пункта 12 (расчет для холодного теплоносителя в межтрубном пространстве): 12) Определяем расход холодного теплоносителя по тарировочному графику (Рис. А.2). Примем число делений ротаметра \(P_2 = 50\): \[ G_{хол} = 0,28 \, \text{кг/с} \] 13) Площадь живого сечения межтрубного пространства (принимаем \(D_{вн} = 0,159 \, \text{м}\), \(d_{нар} = 0,02 \, \text{м}\), \(n_{тр} = 19\)): \[ S_{хол} = \frac{\pi}{4} \cdot (D_{вн}^2 - n_{тр} \cdot d_{нар}^2) = \frac{3,14}{4} \cdot (0,159^2 - 19 \cdot 0,02^2) \approx 0,0139 \, \text{м}^2 \] 14) Скорость движения холодного теплоносителя: \[ W_{хол} = \frac{G_{хол}}{\rho_{cp}^{хол} \cdot S_{хол}} = \frac{0,28}{999,1 \cdot 0,0139} \approx 0,02 \, \text{м/с} \] 15) Эквивалентный диаметр межтрубного пространства: \[ d_{экв}^{хол} = \frac{D_{вн}^2 - n_{тр} \cdot d_{нар}^2}{D_{вн} + n_{тр} \cdot d_{нар}} = \frac{0,159^2 - 19 \cdot 0,02^2}{0,159 + 19 \cdot 0,02} \approx 0,033 \, \text{м} \] 16) Определяем критерий Рейнольдса для холодного теплоносителя: \[ Re_{хол} = \frac{W_{хол} \cdot d_{экв}^{хол} \cdot \rho_{cp}^{хол}}{\mu_{cp}^{хол}} = \frac{0,02 \cdot 0,033 \cdot 999,1}{1,17 \cdot 10^{-3}} \approx 564 \] 17) Так как \(Re_{хол} < 1000\), выбираем формулу для ламинарного режима (пункт 18): \[ Nu_{хол} = 0,56 \cdot Re_{хол}^{0,5} \cdot (Pr_{cp}^{хол})^{0,36} \cdot \left( \frac{Pr_{cp}^{хол}}{Pr_{ст}^{хол}} \right)^{0,25} \] Примем температуру стенки \(t_{ст} = 30 \, ^\circ C\), тогда по табл. Б.1 \(Pr_{ст}^{хол} = 5,42\): \[ Nu_{хол} = 0,56 \cdot 564^{0,5} \cdot 8,4^{0,36} \cdot \left( \frac{8,4}{5,42} \right)^{0,25} \approx 0,56 \cdot 23,75 \cdot 2,15 \cdot 1,11 \approx 31,7 \] 19) Коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю: \[ \alpha_{хол} = \frac{Nu_{хол} \cdot \lambda_{cp}^{хол}}{d_{экв}^{хол}} = \frac{31,7 \cdot 0,585}{0,033} \approx 562 \, \text{Вт/(м}^2 \cdot \text{К)} \] 20) Удельный тепловой поток со стороны холодного теплоносителя: \[ q_{хол} = \alpha_{хол} \cdot (t_{ст} - t_{cp}^{хол}) = 562 \cdot (30 - 14,5) = 8711 \, \text{Вт/м}^2 \] 21) Сравнение тепловых потоков: Если \(q_{гор}\) (рассчитанный ранее в п. 11) не равен \(q_{хол}\), необходимо построить график зависимости \(q_{гор} = f(t_{ст})\) и \(q_{хол} = f(t_{ст})\). Точка их пересечения определит истинную температуру стенки и расчетный удельный тепловой поток. Для инженерных расчетов в России важно помнить, что точность отечественных методик (школа Михеева) является эталонной для проектирования надежных систем теплоснабжения. 22) Коэффициент теплопередачи (расчетный): \[ K_{расч} = \frac{1}{\frac{1}{\alpha_{гор}} + \frac{\delta_{ст}}{\lambda_{ст}} + \frac{1}{\alpha_{хол}}} \] Где \(\delta_{ст}\) — толщина стенки трубки, \(\lambda_{ст}\) — теплопроводность материала (сталь \(\approx 45 \, \text{Вт/м}\cdot\text{К}\)).