Чтобы выполнить расчет рекуператора необходимо знать следующие параметры сред участвующих в теплообмене:

1. Теплоноситель.

1.1. Состав теплоносителя для определения его теплофизических параметров в интервале рабочих температур:

· теплоёмкость Ср [дж/кГ· °С];

· плотность ρ [кГ/м3];

· кинематическая вязкость ʋ [м2/с];

· теплопроводность λ [вт/м· °С];

· критерий Прандтля Pr.

1.2. Количественные и тепловые характеристики

· объёмный расход V [нм3/час]; [кГ/час];

· температура теплоносителя на входе t’ [°C];

· допустимое аэродинамическое cопротивление Δр [Па]; [мм. вод. ст.].

1.3. Дополнительные сведения (если таковые имеются)

· содержание агрессивных веществ;

· наличие в составе пыли, ворса или других составляющих;

· допустимая минимальная температура на выходе t" [°C];

· другие.

2. Нагреваемая среда.

2.1. Состав нагреваемой среды для определения его теплофизических параметров в интервале рабочих температур:

· теплоёмкость Ср [дж/кГ· °С];

· плотность ρ [кГ/м3];

· кинематическая вязкость ʋ [м2/с];

· теплопроводность λ [вт/м· °С];

· критерий Прандтля Pr.

2.2. Количественные и тепловые характеристики нагреваемой среды:

· объёмный расход V [нм3/час]; [кГ/час];

· температура на входе t’ [°C];

· температура на выходе t" [°C];

· допустимое аэродинамическое сопротивление Δр [Па]; [мм. вод. ст.].

Расчет конструктивных размеров рекуператора производится исходя из условий создания потребной площади поверхности нагреваемой теплоносителем и омываемой потоком нагреваемой среды. Количество тепла, передаваемое нагреваемой среде через конвективный теплообмен, определяется коэффициенту теплопередачи Ко [вт/м2 · °С].

Точный расчет теплообменника сложен тем, что все теплофизические и физические параметры сред — это величины переменные и взаимозависящие. Поэтому расчет рекуператора производят на основе эмпирических данных с использованием метода критерия подобия по усредненным физическим параметрам. Методика расчета теплообменников наиболее глубоко изложена в работах акад. Михеева М.А., Кутателадзе С.С.и Барановского Н.В. Расчет выполняется по программе, в основу которой заложены основные принципы, изложенные в этих работах.

Расчет теплообменника состоит из 2-х этапов:

1. Проверка теплового баланса

Проверка теплового баланса проводится на основании заданных в техническом задании параметров теплоносителя и нагреваемой среды по формуле:

Vг· Срг·Δtг·ψ = Vв·Срв·Δtв,

где Vг и Vв — объемы теплоносителя и нагреваемой среды соответственно, [кГ/час].

Ср — теплоемкость сред, [дж/кГ· °С].

Δt — средняя температура теплоносителя и нагреваемой среды.

Δtг = t’г-t"г; Δtг = t«в-t’в

Ψ — коэффициент потерь тепла.

В случае необходимости проводится корректировка технического задания.

Далее высчитываются температурные коэффициенты «P» и «R», с помощью которых по экспериментальным графикам определяется коэффициент эффективности рекуператора «ε».

;

2. Расчет габаритов рекуператора

Расчёт конструктивных габаритов рекуператора производится по требуемой площади поверхности, которая омывается нагреваемой средой и определяется по формуле:

F = Q/(Ko·Δtcp·ε) [м2],

где Q-передаваемая мощность, кДж/час.

Ко — коэф. теплопередачи, кДж/м2 · °С.

Δtcp — средний температурный напор.

График изменения температур рабочих сред по поверхности аппарата.

ε - коэффициент эффективности рекуператора

Коэффициент теплопередачи Ко рассчитывается по общепринятой методике, исходя из теплофизических параметров сред теплоносителей и конструктивных особенностей теплопередачи.

Расчет производим по упрощенной формуле по конвективному теплообмену без учета потерь теплопередачи через тонкую стенку и радиационной передачи тепла.

;

где αв и αг — коэффициенты конвективной теплоотдачи теплоносителя и нагреваемой среды, рассчитываются по эмпирическим формулам в зависимости от характера течения потоков (ламинарный, турбулентный, переходной), и зависит от критериев подобия Нуссельта , Рейнольдса, Прандтля, физических параметров сред и конструктивных параметров рекуператора.

Далее проводится расчет аэродинамического сопротивления потокам теплоносителя и нагреваемой среды по формуле:

∆Р = ∆Ртрубы + ∆Рвх + ∆Рвых + ∆Рускорение;

∆Р = ∆Ртрубы + ∆Рвх + ∆Рвых + ∆Рускорение;

где:

В силу того, что физические параметры потоков сред определяются конструктивными размерами рекуператора, то коэфф. теплоотдачи Ко, определяющий площадь теплопередачи, предварительно рассчитать невозможно.

В начале расчета задаются скоростями потоков, и в дальнейшем путем итераций подгоняются геометрические параметры рекуператора. За критерий оптимизации принимаем минимальные весовые характеристики и соответствие аэродинамических потерь потоков сред техническим условиям.

Список литературы.

1. М.А. Михеев, И.М. Михеева.

Основы теплопередачи. М, Энергия, 1977.

2. С.С. Кутателадзе.

Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. М, Энергоатомиздат, 1990.

3. Справочник по теплообменникам. т.I, т.II.

Под ред. О.Г. Мартыненко, А.А.Михалевича, В.К.Шикова. М, Энергоатомиздат, 1987.

4. Р.В. Барановский, Л.М. Коваленко, А.Р. Ястребенецкий.

Пластинчатые и спиральные теплообменники. М, Машиностроение, 1973.

5. Спр. по расчетам гидравлических и вентиляционных систем.

Под ред. А.С. Юрьева. С-Пб, Мир и Семья, 2001.

6. И.Е. Идельчик.

Спр. по гидравлическим сопротивлениям. М, Машиностроение, 1992.

« Предыдущая Следующая »

Возврат к списку