Конструктивный расчет. 
Особенность эксплуатации теплоиспользующих установок

Определение основных размеров аппарата В результате конструктивного расчета необходимо определить число секций аппарата и решить вопрос об их расположении и соединении.

Формула для расчета искомого диаметра патрубков для входа и выхода теплоносителей (в м).

где с — плотность теплоносителя на входе (для входного патрубка) или на выходе из аппарата, определяется по таблицам в зависимости от начальной или конечной температуры теплоносителя.

u — скорость теплоносителя на входе или на выходе из аппарата; скорость на входе принимается в пределах рекомендованных значений скоростей теплоносителей в трубах; скорость на выходе меньше скорости на входе за счет гидравлических сопротивлений аппарата.

Длина патрубков определяется:

м.

Общая длина рабочей части внутренней трубы рассчитывается из уравнения: гидравлический теплообменник изоляция нанос.

).

(м) Длину рабочей части одной секции l рекомендуется принимать равной от 4 до 6 м, тогда число секций теплообменного аппарата будет равно:

Расчет тепловой изоляции

После завершения теплового и конструктивного расчетов следует обосновать необходимость применения тепловой изоляции и решить вопрос о том, какую часть внешней поверхности корпуса теплообменника надо покрывать слоем изоляционного материала.

Для многосекционных теплообменников типа «труба в трубе» предварительно рассчитывают среднюю температуру горячего теплоносителя в каждой секции и в каждом колене. Расчёт изоляции делается для секции и колена, в которых температура теплоносителей значительно отличается от температуры окружающей среды.

Коэффициент теплоотдачи б3 рассчитывают по уравнению подобия для теплоотдачи при свободном движении жидкости (воздуха).

.

причем значения с и n в уравнении (44) для отдельных участков различны и являются функцией аргумента GrPr. Их значения приведены в таблице начения с и n в формуле.

При вычислении критериев подобия.

и.

за характерный размер l, входящий в качестве линейного размера в критерии подобия, принят для труб — их диаметр. В качестве определяющей температуры принята средняя температура пограничного слоя.

.

где tст — температура наружной поверхности аппарата (внешней трубы); tвозд — температура воздуха вне зоны, охваченной процессом.

В случае, если требования техники безопасности выполняются и потери теплоты Qпот незначительны (менее 5% от сообщаемой продукту теплоты Q), то изоляцию можно не устанавливать. Более точный ответ о целесообразности изоляции может дать сравнительный экономический расчет стоимости теряемого тепла и расходов на изоляцию.

В остальных случаях решается вопрос о толщине слоя изоляции, который обеспечит минимальные потери и температуру на внешней поверхности не выше 35 °C.

Сначала необходимо определить критерий Грасгофа. Учитывая, что для воздуха.

.

ускорение свободного падения.

g=9,81 м/сІ, по стандарту, Дt =30−20=10°С, получим:

Определим величину произведения критериев Грасгофа и Прандтля, учитывая, что для воздуха, при устоявшейся температуре окружающей среде 20 °C, критерий Прандтля :

где c и n числовые значения, зависящие от произведения критериев Грасгофа и Прандтля, определяемые по справочным таблицам, и соответственно c=0,54 и n=0,25, тогда:

Определив критерий Нуссельта, можно определить коэффициент теплоотдачи по формуле, учитывая, что коэффициент теплопроводности воздуха при.

20 °C ():

2. Находим площадь поверхности внешней трубы теплообменника:

3. Теперь мы можем найти величину теплового потока, теряемого в окружающую среду неизолированной внешней поверхностью корпуса теплообменника по уравнению:

где температура стальной стенки принимается равной средней температуре теплоносителя (вода), т. е. =60С:

Что составляет 2,37% от действительного значения теплового потока, переданного холодному теплоносителю, что не превышает 5%, следовательно, использование тепловой изоляции экономически не целесообразно. Учитывая, что температура внешней стенки внешней трубы составляет 60 °C, что превышает допустимое значение в 40 °C, для обеспечения безопасности эксплуатации теплообменной установки, необходима тепловая изоляция. Расчет толщины теплоизоляции представлен ниже.

4. Определим допускаемые при наличии изоляции потери тепла:

гдетемпература изоляции, которая не должна превышать 35 °C, поэтому для расчета принимаем =35°С.

5. Определяем коэффициент теплопередачи через стенку наружной трубы:

где — площадь поверхности изоляции, которая примерно равна; - средний температурный напор, определяемый в данном случае по формуле:

При этом получим:

6. Определим толщину слоя изоляции:

где — коэффициент теплопроводности материала изоляции, — стандартная толщина стенки внешней трубы,.

Материал изоляции — войлок строительный.