Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
Практическое занятие № 8
Тема практических занятий: Расчет пластинчатых теплообменников
План практических занятий: Расчет основных параметров пластинчатого теплообменника
Пластинчатые разборные теплообменники с площадью поверхности от 3 до 320 м
2 предназначены для теплообмена между жидкостями, паром и жидкостью; работают при давлениях до 1 МПа в пределах температур от —20 до +140 °С.
ГОСТ15518 — 78 предусмотрены теплообменники в четырех исполнениях: I — на консольной раме; II — на двух опорной раме; III — на трех опорной раме; IV — на двух опорной раме с промежуточной плитой.
Компонуется теплообменник из пластин площадью поверхности 0,3 м
2 или 0,5 м
2; рабочая часть пластин имеет гофры с «елочным» расположением. Основные параметры пластинчатых теплообменников приведены в таблице 8.1. и 8.2.
Собранные в пакеты пластины образуют плоскопараллельные каналы, по которым проходят теплоносители.
Для создания в каналах скоростей, обеспечивающих турбулентный режим течения потоков, пакеты, с небольшим количеством пластин в каждом, соединяются последовательно по ходу теплоносителя. Один из вариантов такой компоновки показан на рисунке 81.1.
Т а б л и ц а 8.1 — Основные параметры пластинчатых теплообменников
| Параметр теплообменника |
Тип пластины |
| Пр-0,3 |
Пр-0.5Е |
Пр1-0,5М |
| Размеры пластин, мм: |
|
|
|
| длина L |
1370,00 |
1380,00 |
1380,0 |
| ширина В |
300,00 |
500,00 |
500,0 |
| Площадь поверхности теплообмена одной пластины F1 м2 |
0,30 |
0,50 |
0,5 |
| Эквивалентный диаметр канала dэ·103, м |
8,00 |
8,00 |
9,6 |
| Площадь сечения канала fк • 103, м3 |
1,10 |
1,80 |
2,4 |
| Приведенная длина канала fк, м |
1,12 |
1,15 |
1,0 |
| Толщина стенки пластины, мм |
1,00 |
1,00 |
1,0 |
| Диаметр присоединительного штуцера dш, мм |
50,00 |
150,00 |
150,0 |
Рисунок 8.1- Компоновка пластин с тремя пакетами (ходами) для теплоносителей
θ и шестью пакетами для теплоносителя
При инженерных расчетах пластинчатых теплообменников коэффициенты теплоотдачи можно рассчитывать по упрощенным формулам без учета направления теплового потока.
При ламинарном режиме течения жидкости (Re ≤ 50) критерий Nu вычисляется с помощью формулы
Nu = 0,6Re 0,33Pr0,33, (8.1)
при турбулентном режиме (50 < Re <20 000)
Nu = 0,135Re 0,73Pr 0,43 . (8.2)
Таблица 8.2- Площадь теплопередающей поверхности пластинчатого теплообменника при различном количестве пластин
| F1, м2 |
F, м2 |
n |
F1, м2 |
F, м2 |
n |
F1, м2 |
F, м2 |
n
|
|
| Исполнение I |
Исполнение II |
Исполнение III |
|
|
0,3 |
3
4
5
6,3
8
10 |
2
16
20
24
30
36 |
0,3 |
12,5
16
20
25 |
44
56
70
86 |
0,5 |
140
150
160
180
200
220
250
280
300
320 |
236
252
272
304
340
372
420
470
504
540 |
|
|
|
|
|
|
0,5 |
31,5
40
50
63
80
100
110
125
140
150
160 |
62
78
98
122
154
194
212
242
270
290
310 |
|
|
0,5 |
10
12,5
16
20
25 |
20
24
32
40
48 |
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
— |
—
|
|
|
| — |
— |
— |
|
|
Скорость теплоносителя в каналах теплообменника
где V — расход теплоносителя, ма/с;
f
к — площадь сечения одного канала, м
2;
m — количество каналов в одном пакете, рассчитываемое из следующих соотношений:
т = mi/zi:; m1 =
n/2 + 1;
т2 =
n/2, (8.3)
где
mi— общее количество каналов для одного из теплоносителей;
п — количество пластин в теплообменнике:
zi — количество пакетов (ходов) для одного из теплоносителей.
Количество последовательно соединенных пакетов ориентировочно можно определить по величине допустимого сопротивления теплообменника, используя следующую зависимость:
. (8.4)
При конденсации паров в пластинчатом теплообменнике коэффициент теплоотдачи рассчитывается, при этом в качестве определяющего линейного размера принимается приведенная длина канала
lK . По потоку конденсирующегося пара все каналы собираются в один пакет.
Гидравлическое сопротивление теплообменника по потоку любого теплоносителя определяется по формуле
(8.5)
где λ
тр — приведенный коэффициент сопротивления;
w — скорость теплоносителя в каналах теплообменника, м/с;
lК — приведенная длина канала, м;
d
Э — эквивалентный диаметр канала, м;
z — количество последовательно соединенных пакетов.
Приведенный коэффициент сопротивления учитывает трение жидкости о поверхность пластин, изменение направления потока при огибании гофр, а также сужение потока в присоединительных штуцерах:
при при Re > 50.
Коэффициенты А и Б в зависимости от типа пластин имеют следующие значения
Тип пластины Пв-0,3 Пр-0,5Е Пр1-0,5М
А .’…. 425 485 324
В …… 19,3 22,4 15
Если скорость жидкости в штуцерах
wш > 2,5, то их сопротивление учитывается дополнительно к Δр, рассчитанному по уравнению (8.5).
Контрольные вопросы
- Схема движения потоков в пластинчатом теплообменнике.
- Расчет скорости теплоносителя в пластинчатом теплообменнике.
- Тепло при конденсации пара в теплообменнике.
- Расчет толщины стенки теплообменника с учетом температурных напряжений.
Задачи
1 Подобрать стандартизованный теплообменник для охлаждения 9,6 м
:3/ч водного раствора лимонной кислоты, содержащего частицы гипса. Начальная температура раствора
t1 = 90°С; конечная
t2 — 40°С, допустимое сопротивление теплообменника по обоим потокам Δр
доп – 5·10
4 Па.
2 Подобрать стандартизованный теплообменник для охлаждения 7,2 м
:3/ч водного раствора лимонной кислоты, содержащего частицы гипса. Начальная температура раствора
t1 = 70°С; конечная
t2 — 20°С, допустимое сопротивление теплообменника по обоим потокам Δр
доп – 3·10
4 Па.
3 Подобрать стандартизованный теплообменник для охлаждения 9,1 м
:3/ч водного раствора лимонной кислоты, содержащего частицы гипса. Начальная температура раствора
t1 = 87°С; конечная
t2 — 36°С, допустимое сопротивление теплообменника по обоим потокам Δр
доп – 4·10
4 Па.
Ссылка на первоисточник:
https://cbcol.mskobr.ru
