Малогабаритные теплообменники. Глава четвертая (стр. 4 )

Определим при этих данных коэффициент теплопередачи из уравнения (4-12)

; Вт/(м2 0С).

Перепады температуры

При числе труб охладителя, равном 270, длине одной трубы – 1,94 м и тепловом потоке Р= 100 000 Вт на 1 м длины трубы приходится тепловой поток

Вт

Перепад температуры со стороны масла (между маслом и стенкой трубы)

Перепад температуры со стороны воздуха (между стенкой и воздухом)

Перепад температуры по толщине стенки

Как показывает расчет, перепадом температуры по толщине стенки можно пренебречь и полная разность температур между маслом и воздухом составит:

Такой же результат получим при расчете через коэффициент теплопередачи

Определим теперь логарифмическую разность температур между маслом и воздухом по формуле (4-11).

Пусть и ,

Значение поправочного коэффициента определяется по диаграммам рис. 4-13 и 4-14. Воспользуемся данными для охлаждения с поперечным обдувом и встречной циркуляцией по рис. 4-13. Примем, что. Тогда

Рис. 4-15. Изменение температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена охладителя при тепловом потоке 100 кВт.

Это значение логарифмической разности температур ненамного отличается от полученного выше значения полного перепада температуры. Фактическое превышение температуры масла будет таким, чтобы логарифмическая разность температур и полный перепад температуры, соответствующий коэффициенту теплопередачи, были равны друг другу. При расчете логарифмической разности температур было принято, что . Из рис. 4-13 видно, что при параметре K=0,1455 (см. ниже), представляющем собой отношение теплоемкости воздуха к теплоемкости масла, поправочный коэффициент 8 действительно близок к единице. Изменение температуры масла и воздуха вдоль поверхности теплообмена приведено на рис. 4-15.

Коэффициент полезного действия процесса теплопередачи теплообменника

Теплоемкость со стороны масла Вт/ 0С; теплоемкость со стороны воздуха Вт/ 0С.

Коэффициент полезного действия процесса теплопередачи согласно (3-88)

Теплопередающее число охладителя согласно (3-89)

Отношение теплоемкостей теплоносителей согласно (3-90)

4-2. Гидравлический расчет малогабаритных теплообменников

Изменение статического давления со стороны масла

Если считать полное давление на входе в охладитель заданным, то перепад статического давления со стороны масла может быть определен как сумма трех слагаемых: перепадов давления на входе и выходе из трубного пучка и падения давления из-за сопротивления трения в трубах.

Перепады давления на входе и выходе из трубного пучка включают в себя две составляющие. Первая составляющая – это перепад давления, вызванный внезапным изменением сечения и определяемый уравнением Бернулли для идеальной, движущейся без потерь жидкости. При этом на входе в трубный пучок из-за уменьшения сечения и увеличения динамического давления происходит соответствующее уменьшение статического давления, а на выходе из трубного пучка из-за увеличения сечения и уменьшения динамического давления – соответствующее увеличение статического давления. Вторая составляющая – это падение давления, вызванное вирхреобразованием и деформацией струи, происходящими при внезапном изменении сечения и связанными с частичным отделением пограничного слоя (приуменьшении сечения) или с полным отрывом потока (при увеличении сечения) и с изменением закона распределения скоростей. Эти явления сопровождаются превращением механической работы в тепло и соответственно безвозвратной потерей части полного давления.

Перепад давления на входе

(4-13а)

Перепад давления на выходе

(4-13б)

Рис. 4-16. Значения коэффициентов местного сопротивления и в зависимости от в диапазоне изменений параметра при ламинарном режиме течения масла.

В уравнениях (4-13а) и (4-136); р –средняя плотность масла; – средняя скорость масла; – отношение площадей сечения труб и коллектора; и – коэффициенты сопротивления входа и выхода, определяемые по рис. 4-16.

Для одного хода масла в охладителе перепад статического давления на входе и выходе из трубного пучка определяется как сумма и :

(4-14)

Потери давления на трение в трубах длиной определяются по формуле

(4-15)

Поскольку процесс циркуляции масла в трубах охладителя не является изотермическим, коэффициент сопротивления трения определяется по формуле Михеева:

Рис. 4-17. Эскиз коллектора охладителя.

где критерии подобия рассчитываются исходя из физических параметров масла, соответствующих при индексе f средней температуре масла и при индексе – средней температуре стенки трубы, а при круглом сечении трубы коэффициент B = 64.

Полное падение статического давления для одного хода масла в охладителе

(4-16)

Полное падение статического давления в охладителе при числе ходов два или более равно падению давления для одного хода, умноженному на число ходов.

Определим полное падение статического давления в масляно-воздушном охладителе на 100 кВт, рассмотренном выше. Для этого двухходового охладителя площадь поперечного сечения коллектора - в направлении, перпендикулярном потоку

масла, равна 290x890 мм (рис. 4-17).

В связи с тем, что охладитель двухходовой, площадь сечения для циркулирующего потока масла в коллекторе равна половине указанной выше площади сечения, т. е.

Площадь сечения 135 параллельно соединенных труб одного хода, имеющих сдвоенный D-образный профиль:

Отношение площадей сечений труб и коллектора для циркулирующего потока масла:

При средней температуре масла в охладителе 67,50С: м2/с и кг/ м3. Кроме того, известно, что м/с, м, м.