Спиральный теплообменник

      Ширина  канала b=12 мм;

      Площадь поперечного сечения S=0,015 м²; 

     Определяем  объемный расход воды по формуле: 

                                                              _,                                                                                        (2.4) 

где   V₁– объемный расход воды, м³/с;

        ρ₁ – плотность воды при средней температуре, кг/м³(ρ998,7кг/м³) по таблице XXXIX, [2];

         G₁– массовый расход воды, кг/с.

 

      V₁ = 23,6 / 989,7 = 0,024 м³/с, 

Определяем необходимую  скорость движения воды: 

                                                         ,                                                                 (2.5) 

                                                 w = 0,024/0,015 = 1,59 м/с.

                                                                                                             

                                                      

м,                                                       (2.6) 

где     В - ширина канала, м.          

                                                         

                                                         d_э = 2∙ 12=0,024 м, 

     По  величине критерия Рейнольдса делают вывод о режиме движения воды.

     Re < 2300 – режим ламинарный;

     Re > 10000 – режим турбулентный;

     2300 < Re < 10000 – режим переходный;  

                                                                                                             (2.7) 

где:     ρ₁ – плотность теплоносителя при t_ср, кг/м³ по таблице XXXIX [2. с 520];

          μ₁ – динамический коэффициент вязкости теплоносителя при t = t_ср,           =0,595∙ 10³ Па∙с [2. с 520];

          w ₁– линейная скорость движения теплоносителя, м/с;

          dэ – определяющий геометрический размер поверхности теплообмена, эквивалентный диаметр, м. 

                                             , > 10000, 

следовательно режим турбулентный 
 
 

     Определение величины критерия Прандтля по формуле: 

                                                                                                                                                           (2.8) 

где      λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя, Вт/м∙К [2. Таблица XXXIX];

     μ –динамический коэффициент вязкости  при средней температуре теплоносителя;

            C _– удельная теплоемкость теплоносителя (воды), Дж/кг∙К; 

                                                      

     Pr_ст=1,75. 

     Рассчитываем  критерий Нуссельта по формуле: 

                                         Nu₁= 0,021∙E_l∙ Re^0,8∙ Pr^0,43(Pr/ Pr _ст) ^0,25,                            (2.9) 

где   Е_l – поправочный коэффициент (Е_l = 1);

         Pr _ст – критерии Прандтля стенки при Т_ст=100 ⁰С;  

    Nu = 0,021∙1∙63474^0,8∙1,7∙(3,6/1,75)^0,25=297,8, 

Коэффициент теплоотдачи воды рассчитывается по формуле: 

                                                                  ,               (2.10)

      

где   α ₁-  коэффициент теплоотдачи, Вт/м²∙К;

       dэ – эквивалентный диаметр , м;

       λ₁  - коэффициент теплопроводности  воды, Вт/м∙К ; 

     α₁ = 297,8∙0,68/0,024 = 8437,6, 

Определим термическое сопротивление стенки по формуле: 

                                              

                                        (2.11)

где r_З1,r_З2-тепловая проводимость загрязнения стенок со стороны воды и водяного пара по таблице XXXI [2], ;

     _СТ - толщина стенки ( _СТ=4мм);

      _СТ – теплопроводность стали, Вт/м²К. 

 м²К/Вт, 

Выбираем материал Ст3. Коэффициент теплопроводности материала равен 50 Вт/м² [9]. 

Рассчитываем  коэффициент теплоотдачи по формуле: 

                                                    ,                                                     (2.12) 

Вт/м²К, 

Определяем площадь теплообменника по формуле: 

                                                               ,                                                       (2.13) 

м², 

Определим запас  поверхности теплообмена по формуле: 

                                                              %,                                                 (2.14) 

  

% 
 

3. Конструктивный расчет 

Определим шаг  спирали по формуле: 

                                                                 ,                                                     (3.1) 

Где - ширина канала, мм;

      - толщина стенки, мм. 

 м 

Каждый виток  спирали строится по двум радиусам. Рассчитаем радиусы витков r₁, r₂ по формулам: 

                                                                 ,                                                        (3.2)

                                                               ,                                                     (3.3) 

Где - диаметр, мм ( );

       - шаг спирали, мм. 

 мм, 

 м 

Определим ширину керна по формуле: 

                                                         , (2.70)                                              (3.4) 

Где - радиус спирали, мм;

       - шаг спирали, мм. 

 м 

Определим общее  число витков спирали по формуле: 

                                        ,                                (3.5) 

Где - шаг спирали, мм;

      - диаметр, мм ( мм);

      - длина листов спирали, м ( м);

      - число витков одной спирали. 
 

, 
 

Число витков одной  спирали: 

                                                                 ,                                                        (3.6) 

 

Определим наружный диаметр спирали по формуле: 

                                                      ,                                              (3.7) 

где - число витков обеих спиралей;

       - шаг спирали, мм;

      - диаметр, мм ( мм);

      - толщина стенки, м ( =4м).      

 м 

Принимаем условный стандартный диаметр 1400 мм. 

Расчет  диаметров штуцеров  

                                                          ,                                                        (3.8)

        

где V – объемный расход фазы в штуцере, м³/с;

      w – линейная скорость движения фазы в штуцере, м/с, 

Вход  и выход воды; 

                                               ,м 

Вход  греющего пара; 

                                                ,м 

Выход греющего пара; 

                                              ,м

     

4. Гидравлический расчет 

Целью расчета является определение величины гидравлического сопротивления:

Определим скорости движения пара по формуле: 

                                                                   ,                                                           (4.1) 

Где - расход пара, кг/с;

       - плотность пара, кг/м³;

       - площадь поперечного сечения в аппарате, м³. 

м/с. 

Определим коэффициент  гидравлического сопротивления  по формуле: 

                                                                ,                                                           (4.2) 

 

Определим гидравлическое сопротивление аппарата по формуле: 

                                                           ,                                                (4.3) 

где - коэффициент гидравлического сопротивления;

      - эквивалентный диаметр, мм;

      - плотность конденсата, кг/м³;

      - линейная скорость, м/с;

      - приведенная длина канала, м. 

 Па 

Определим гидравлическое сопротивление по пару по формуле: 

                                                    ,                                            (4.4) 

где - коэффициент гидравлического сопротивления;

      - эквивалентный диаметр, мм;