Тепловой расчет теплообменых аппаратов ТНУ и холодильных установок

1. Поверхности теплообмена определяются по следующим формулам:

• внутренняя поверхность —

где к₁ — коэффициент теплопередачи, отнесенный к внутренней поверхности труб, Вт/(м²-К) —

Q — тепловая мощность теплообменного аппарата, Вт; At_cp — средний температурный напор, °С; а₂ — коэффициент теплоотдачи внутри труб; а₂ — коэффициент теплоотдачи снаружи труб; X — теплопроводность стенки трубы; dy, d₂ — внутренний и наружный диаметры труб соответственно, м;

• наружная поверхность —

где к₂ — коэффициент теплопередачи, отнесенный к наружной поверхности труб, Вт/(м²-К),

остальные обозначения те же, что и выше.

Длина труб, м, определяется по формуле

где к] = —---—----линейный коэффициент тепло-

• 1 1 , do 1
• -+—In—+-

CLydy ^t2XX dy a₂d₂

передачи, Вт/(м-К).

В аппаратах с оребрением на трубах:

где к_ор1 и к_ор2 — коэффициенты оребрения внутренней и наружной поверхностей.

Для гладкотрубных аппаратов к_ор1 = к_ор2 = 1. Для аппаратов с накатанными ребрами к_ор1 и к_ор2 рассчитываются по фактическому отношению поверхностей — оребренной и гладкой.

Для аппаратов воздушного охлаждения оребрение выполняется со стороны воздуха (т. е. на наружной поверхности труб):

Для аппаратов с внутренним оребрением:

В аппаратах с оребрением на плоских поверхностях коэффициент теплопередачи, отнесенный к оребренной поверхности:

где /Со_р = F_pc / F_c — коэффициент оребрения; 8 и X — толщина и теплопроводность стенки; а_: — коэффициент теплоотдачи с гладкой стороны; а_2пр — приведенный коэффициент теплоотдачи со стороны оребрения.

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к гладкой поверхности:

2. Влияние оребрения на коэффициент теплоотдачи. Со стороны оребренной поверхности коэффициент теплоотдачи рассчитывают как приведенный с учетом оребрения:

где F_p — поверхность всех ребер; F_n — поверхность, не занятая ребрами (промежутки); F_pc — F_p + F_n — полная оребренная поверхность; Е — коэффициент эффективности ребра; а₂ — коэффициент теплоотдачи на ребрах и промежутках между ними (при условии их равенства).

Если на ребрах и промежутках коэффициенты теплоотдачи разные, то приведенный коэффициент теплоотдачи определяется по формуле

где а_2р — коэффициент теплоотдачи на ребрах; а_2п — коэффициент теплоотдачи на промежутках между ребрами.

В аппаратах с насаженными на трубы ребрами необходимо учитывать контактное сопротивление между трубой и ребрами, что уменьшает коэффициент эффективности ребер:

где 5_р — толщина ребра; S_p — шаг между ребрами; к_ор — коэффициент оребрения; С_к — коэффициент, учитывающий контактное сопротивление; Е — коэффициент эффективности ребра без учета контактного сопротивления.

Если контакт заполнен припоем или другой металлизацией, то С_к = 1. Если не заполнен, но посадка с натягом на обезжиренную трубу, то С_к = 0,95..0,98.

Для всех остальных случаев насадных ребер:

Коэффициент эффективности ребра определяется по формуле

где т = I—^-; h — условная высота ребра; X — теплопрово-

V * ⁵р

дность ребра; 8_р — толщина ребра; а_2пр — приведенный коэффициент теплоотдачи на ребрах ; th(mh) — тангенс гиперболический от аргумента (mfr).

Приведем формулы для определения h.

Тип ребра:

• прямое: h = h;

• круглое диаметром D: где р - D/d; а = 0,5(D - d);

• квадратное со стороной В: где р = 1,15 -B/d_H.

При расчете теплообменной поверхности, охлаждающей влажный воздух, необходимо учитывать увлажнение поверхности за счет конденсации влаги из воздуха:

где а^) — приведенный коэффициент теплоотдачи в сухом воздухе; Ah_B, At — изменение энтальпии и температуры влажного воздуха; С_р — теплоемкость сухого воздуха.