Число труб в аппарате при разбивке трубной решетки по шести- угольникам и по концентрическим окружностям

n = Y

p D к

з 3 ,47

× S 2

, (2.27)

где Ψз- коэффициент заполнения трубной решетки (для одноходовых ТА обычно Ψз= 1, для многоходовых Ψз= 0,7÷ 0,85). Внутренний диаметр кор- пуса ТА равен:

Dк =

D' + d н

+ 2dm , (2.28)

где D'- наибольший диаметр окружности центров труб при концентрической разбивке или наибольшая диагональ шестиугольника при треугольной раз- бивке труб; δm- кольцевой зазор между крайними трубами и внутренней по- верхностью корпуса (принимается минимальным, но не менее 6 мм).

В ТА с коробчатым кожухом компоновка труб может быть: коридорной; шахматной, частным случаем которой является треугольная; с неравномер- ным поперечным шагом.

Геометрические характеристики трубных пучков

Свободное сечение для прохода теплоносителя при продольном обтека- нии трубного пучка

S мтр

= p (D 2

4 к

- nd

2 ),м2 (2.29)

н

Эквивалентный (гидравлический) диаметр

d э =

2 nd 2

D

-

к

н

D к + nd н

,м. (2.30)

При двух ходах в межтрубном пространстве (при наличии продольной перегородки в кожухе ТА):

d э =

2 nd 2

D

-

к

н

⎛ 2 ⎞

, м. (2.31)

D к ⎜ 1 +

⎝

⎟ + nd н

p ⎠

Эта формула позволяет определить эквивалентный диаметр при расчете теплообменного аппарата.

Направление движения теплоносителей

Направление относительного тока обменивающихся теплотой сред вы- бирают в зависимости от свойств, температуры и давления теплоносителей и от конструктивной схемы ТА.

Противоточное движение теплоносителей (без фазовых превращений) всегда должно быть наиболее желательным, так как при прочих равных усло-

виях оно способствует повышению теплопроизводительности Q и уменьше- нию поверхности аппарата F.

Если по технологическим, конструктивным или компоновочным сооб- ражениям направить теплоносители противотоком невозможно, необходимо стремиться к многократно-перекрестному току с обменом теплотой на общем противоточном принципе.

Направление тока теплоносителей оказывает влияние не только на об- щую теплопроизводительность аппарата Q, но и на изменение температур теплоносителей δt1 и δt2, а увеличение перепадов температуры при неизмен- ной теплопроизводительности приводит к уменьшению расходов теплоноси- телей G1 и G2затрат энергии для их транспортировки.

В решении вопроса выбора тока теплоносителей относительно поверх-

ности теплообмена при наружном омывании труб следует руководствоваться

следующим правилом: при отношении

Nu/ Pr0,4 > 0,58

выгоднее продоль-

ное, а при

Nu /

Pr 0 ,4

< 0,58

– поперечное обтекание.

Вопрос о том, какой из теплоносителей направлять в трубы или меж- трубное пространство, должен решаться с точки зрения не только интенси- фикации теплообмена, но и надежности работы ТА. Если теплоноситель вы- зывает коррозию или механическое повреждение труб, то лучше его пропус- тить внутрь труб, так как экономичнее выполнить их из материала высокой стоимости, чем кожух.

В трубы целесообразно направлять теплоноситель с высокой температу- рой и большим давлением, чем в межтрубном пространстве, что способству- ет уменьшению механической нагрузки на корпус аппарата и уменьшению тепловых потерь в окружающую среду, а также более загрязненный, по- скольку трубы очистить от загрязнений легче, чем межтрубное пространство.

Скорость теплоносителей в трубах и межтрубном пространстве

Скорость теплоносителя V оказывает существенное влияние на теплоот- дачу, потери давления, загрязняемость.

Для ламинарного течения:

a ∼ V 0 ,3 ,Äp ∼ V ,a ∼ Äp 0 ,3 .

Для турбулентного течения:

a ∼ V 0,6...0,8 ,Äp ∼ V 1,6...1,8 ,a ∼ Äp0,4 .

Скорость теплоносителя в межтрубном пространстве оказывает сущест- венное влияние на вибрацию труб, возникающих вследствие вихревого воз- буждения, возбуждения турбулентными пульсациями, гидроупругих и аку- стических возбуждений.

Для повышения теплоотдачи и уменьшения загрязнений скорость нужно увеличивать, а для снижения потерь давления и предотвращения нежела- тельных последствий вибрации труб – уменьшать.

Ориентировочные значения скоростей теплоносителей, рекомендуемые на основе опыта эксплуатации рекуперативных ТА различного назначения и технико-экономических расчетах, приведены в табл. 2.2.

Теплоотдача и сопротивление в трубах

Теплоотдача вычисляется при следующих условиях: 1). Re ≤ 2.400 – ламинарный режим

⎛

Nu = ⎜ 3,66 3

⎝

+ 1,61 3 Re Pr

0 ,33

d

в ⎞

⎟

l ⎠

× e T

, (2.32)

где

Nu = adв; Re = rVdв

= 4G

mC

; Pr = p ; εT

- поправка на неизотермич-

ность.

l m pdвm l

Для жидкостей

⎛

eT = ⎜⎜

0,14

m

⎞

⎟⎟ ,

⎝ mwв ⎠

где μ - динамический коэффициент вязкости при определяющей температуре теплоносителя tср; μwв– то же при температуре внутренней поверхности тру-

бы twв. Для газов

eT= 1. В первом приближении

l = 100 × dв

Таблица 2.2

Рекомендуемые значения w теплоносителей при вынужденном те-

Чении в каналах ТА

Для турбулентного режима течения теплоносителя справедливо следующее: 2). Re > 2.400 - турбулентный режим:

(x/ 8) × Re×Pr

Nu = × eT

, (2.33)

1 + 900+ 12,7

Re

x / 8 (Pr 0 ,66 - 1)

гдеx = (1,81× lg Re- 1,64)-2 .

Для жидкостей

⎛ Pr

eT = ⎜⎜ Pr

0,11

⎞

⎟⎟

при

Twв T

³1;

⎝ wв⎠ cp

⎛ Pr

eT = ⎜⎜ Pr

0,25

⎞

⎟⎟

при

Twв T

<1 ;

⎝ wв⎠ cp

Prwв- для Прандтля при Twв.

T

Для газов e = 1

при

wв £ 1

T

T ;

cp

m

⎛ T ⎞ T

⎜ wв ⎟

wв

eT = ⎜ T

⎟ при

T > 1 ,

⎝ cp ⎠

⎡

cp

⎛ T ⎞ ⎤

⎜ wв ⎟

где

m = -⎢0,3×lg⎜

⎟ + 0,36⎥ .

⎣⎢ ⎝ Tcp ⎠ ⎥⎦

Коэффициент сопротивления трения определяется при следующих условиях:

3).

Re£2.400 – ламинарный режим

64

xT=

Re × eT . (2.34)

Для жидкостей:

=

⎛ m

e ⎜⎜

wв ⎞

⎟⎟

0,5

при

Twв £1

T T ;

⎝ m ⎠ cp

=

⎛ m

e ⎜⎜

wв ⎞

⎟⎟

0,58

при

Twв >1

T T .

⎝ m ⎠ cp

Для газов:

0,81

⎛ T ⎞ T

⎜wв ⎟

wв

eT=⎜T ⎟

при

0,5 <

T

£1,

⎝

e = 1

cp ⎠

при

cp

Twв > 1

T

T .

cp

4).

2.400 < Re £ 3×104

0 ,316

– турбулентный режим:

x T =

Re 0 ,25

× e T

. (2.35)

Для жидкостей:

=

⎛ m

e ⎜⎜ wв

0 ,24

⎞

⎟⎟

при

Twв ³ 1

T T ;

⎝ m ⎠ cp

⎛ m ⎞ T