Тепловой расчёт теплообменника с влаговыпадением



В статье проводится тепловой расчёт калорифера с влаговыпадением, результатом которого определяется площадь поверхности теплообмена.

Ключевые слова: теплота, площадь, теплообменник.

The article carries out a thermal calculation of a humidifier with condensation, the result of which determines the heat exchange surface area.

Keywords: Heat, area, heat exchanger.

Исходные данные

Горячий теплоноситель — воздух:

Холодный теплоноситель — вода:

Относительная влажность воздуха на входе в теплообменник

Тепловой расчёт

Исходя из видов теплоносителей, выбираем трубчатый оребрённый теплообменный аппарат (калорифер)

Принимаем противоточную схему движения теплоносителей, так как она наиболее эффективна и выгодна.

При средних температурах горячего и холодного теплоносителя из [1] возьмем значения теплоемкостей.

Теплофизические свойства теплоносителей по [1]:

При При

Для дальнейших расчётов необходимо понять, будет ли происходить влаговыпадение на поверхности аппарата. По h-d диаграмме определим температуру точки росы: .

Зададимся коэффициентами теплоотдачи в первом приближении по [2]:

Тепловой баланс на стенке (без оребрения и загрязнения):

Определим параметры потока воздуха на входе и на стенке с температурой .

Парциальное давление водяного пара при входной температуре влажного воздуха:

Влагосодержание на входе:

Энтальпия на входе:

Парциальное давление водяного пара при температуре стенки :

Влагосодержание на стенке:

Энтальпия на стенке:

Выходная энтальпия влажного воздуха:

Найдём тепловую мощность и расход холодной воды из теплового баланса:

Коэффициент влаговыпадения:

Геометрия проточной части:

— высота гофра

соотношение площадей ламели с гафрированной и гладкой пластины

— наружный диаметр несущей трубы

толщина стенки

— внутренний диаметр

Расположение труб — шахматное

Шаги труб в пучке:

Поперечный

64 мм

Продольный 38,4 мм

Площади шестиугольников:

Диаметр эквивалентного круга:

Толщина ламели:

мм

— диаметр основания ребра

Высота ребра:

— шаг оребрения

Таблица 1

Геометрия прочной части

Параметры труб
наружный диаметр несущей трубы
толщина стенки
внутренний диаметр несущей трубы
материал несущей трубы — медь
расположение труб в пучке	шахматное
шаги труб в пучке:
 поперечный
 продольный
Параметры оребрения
диаметр эквивалентного круга	D = 56 мм
диаметр основания ребра
высота ребра
средняя толщина ребра
шаг оребрения	t = 3,0 мм
материал рёбер — алюминий

Степень оребрения:

Объём идеальной трубки тока по воздуху:

Площадь боковой поверхности идеальной трубки тока по воздуху:

Периметр идеальной трубки тока жидкости:

Длина обтекания идеальной трубки тока по воздуху:

Гидравлический диаметр идеальной трубки тока по воздуху:

Площадь ребра:

Площадь трубки:

Твёрдая часть боковой площади поверхности элементарного участка:

Относительная длина продольного профиля межрёберных каналов:

Гидравлический диаметр максимального проходного сечения:

Гидравлический диаметр минимального проходного сечения:

Степень сжатия/расширения потока:

Кривизна боковой поверхности идеальной трубки тока:

Отношение твёрдой части боковой поверхности идеальной трубки тока к общему её значению:

Приведённая абсолютная шероховатость канала:

Относительная шероховатость боковой поверхности идеальной трубки тока:

Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воды.

Зададимся скоростью движения воды по [1]:

Площадь живого сечения для прохода воды:

Количество труб в одном ходе:

Примем

Фактическая скорость воды:

Число Рейнольдса для воды:

Режим течения турбулентный.

По формуле Михеева из [3]:

Коэффициент теплоотдачи:

Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха:

Примем по [2]:

В первом приближении:

Примем по ходу воздуха труб.

Степень турбулентности

Коэффициент неравномерности Буссинеска:

Поправки для первого и второго ряда труб:

Число Нюссельта из [9]:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха:

Эффективное значение коэффициента теплоотдачи:

КПД одиночного ребра:

КПД оребрённой поверхности:

Коэффициент теплопередачи:

Тепловой баланс:

Отсюда ,

Таблица 2

Пересчитанные параметры

Параметр	Старое значение	Новое значение
Энтальпия на выходе	51,398	51,396
Тепловая мощность полная	770,664	770,774
Коэффициент влаговыпадения	2,106	2,106
Эффективный коэффициент теплоотдачи для воздуха	199,14	199,174
Массовый расход воды	61,311	61,311
Скорость воды фактическая	3,985	3,986
Число Рейнольдса для воды,	88483,966	88498,806
Число Прандля на стенке для воды,	8,75	8,75
Коэффициент теплоотдачи для воды	10289,536	10290,917
Параметр m, м	99,785	99,793
КПД одиночного ребра	0,63	0,63
КПД оребрённой поверхности	0,66	0,66
Коэффициент теплопередачи	1079,201	1079,302
Средняя температура стенки со стороны воздуха	17,583	17,583
Средняя температура стенки со стороны воды	14,468	14,468

Средний температурный напор:

Поправка на перекрёстный ток:

Требуемая площадь поверхности теплообмена:

Литература:

1. Тепломассобмен: учебник для вузов / Ф. Ф. Цветков, Б. А. Григорьев — М.: Издательский дом МЭИ, 2011. — 562 с.
2. Расчет трубчатых оребренных теплообменников: учеб. пособие / О. Е. Прун, А. Б. Гаряев, И. В. Яковлев; под ред. А. Б. Гаряева. — М.: Издательство МЭИ, 2022–88 с.
3. Цветков Ф. Ф., Керимов Р. В., Величко В. И. Задачник по тепломассообмену. — М.: Издательский дом МЭИ, 2008. — 195 с.