Тепловой расчет теплообменника
Принимаем схему вертикального маслоохладителя с прямыми трубками и перегородками типа диск-кольцо. Внутри трубок течет охлаждающая вода (пресная), в межтрубном пространстве – трансформаторное масло, омывая трубки снаружи.
Средняя температура масла в маслоохладителе[9, стр.54]:
tм.ср.=0,5*(tм1+tм2), оС (2.1)
где tм1-температура масла на входе в маслоохладитель, оС;
tм2-температура масла на выходе из маслоохладителя оС;
tм.ср =0,5*(60+48)=54оС.
Физические свойства при tм.ср.= 54оС: [9, приложение 3]
Срmм=1,876 кДж/(кг оС)
rм=859,3кг/м3
nм=6,68*10-6 м2 /с
Prм=101
Количество тепла, которое необходимо отвести охлаждающей водой от масла[9, стр.54]:
Qм=(Gм*rм* Срmм*( tм1-tм2))/3600, кВт/с (2.2)
где Gм - номинальный расход масла через аппарат, м3/ч;
rм – плотность масла при tм.ср.= 54оС, кг/м3 ;
Срmм –удельная теплоемкость масла при tм.ср.= 54оС, кг/м3 ;
Qм =(8,4*859,3*1,876*(60-48))/3600=44,3 кВт/с
Физические свойства воды при tв=18 оС: [9, приложение2]
Срmв=4,185 кДж/кг*оС
rв=998,5кг/м3
Температура охлаждающей воды при выходе из маслоохладителя:
Qм= Qв
Gм*rм* Срmм*( tм1-tм2)= Gв*rв* Срmв*( tв2-tв1) [9, стр.54] (2.3)
tв2=tв1+(Qв*3600/ (Срmв* Gв*rв)), оС
где tв1-температура воды на входе в маслоохладитель, оС;
Qв – тепловой поток, воспринимаемый охлаждающей водой, кВт/с;
Gв -номинальный расход воды через аппарат, м3/ч;
tв2=18+(44,3*3600/(4,185*22*998,5))=20 оС
Средняя температура воды[9, стр.54]:
tв.ср.=0,5*( tв1+tв2), оС (2.4)
tв.ср.=0,5*(18+20)=19оС
Физические параметры воды при tв.ср.= 19 оС: [9, приложение 2]
nв=0,9394*10-6 м2 /с
Prв=6,5996
lв=0,604 Вт/(м*К)
rв=997,45 кг/м3
Среднелогарифмический температурный напор (для противоточной схемы) [7, стр. 104]:
Dtср=((tм1-tв2)-(tм2-tв1))/(ln((tм1-tв2)/(tм2-tв1)))*eDt, оС (2.5)
eDt –поправочный коэффициент, учитывающий особенности принятой схемы движения теплоносителей. Для противоточной схемы eDt=1; [7, стр. 104]
Dtср =((60-20)-(48-18))/(ln((60-20)/(48-18)))=34 оС
Определение коэффициента теплопередачи:
Среднее значение коэффициента теплопередачи К
(Вт/(м2.К) определяется по уравнению (4.29) [7,стр. 108] :
К=1/((1/aмпр)+(djdн/dвнlлат)+(jdн/dвнaв)), Вт/(м2*К) (2.6)
где aм пр-приведенный коэффициент теплоотдачи масла, Вт/(м2*К);
aв- коэффициент теплоотдачи воды, Вт/(м2*К);
dн –наружный диаметр трубки,м;
dвн-внутренний диаметр трубки,м;
d -толщина стенки трубки, м;
lлат.- коэффициент теплопроводности латуни, Вт/(м*К);
j- коэффициент оребрения (j=2,26)
Задаемся температурами стенок со стороны воды и со стороны масла:
tст.в.=25 оС
tст.м.=40 оС
Задаемся скоростями воды и масла:
wв=1 м/с
wм=0,5 м/с
Значение приведенного коэффициента теплоотдачи aм пр [Вт/(м2*К)] от масла в пучке трубок с поперечным или близким к нему характером омывания определяется соотношением [7,стр.109]:
aм пр=aмhо, (2.7)
где aм-среднее значение коэффициента теплоотдачи, Вт/(м2*К);
hо-поправочный коэффициент (hо=0,95-0,98)
Для вычисления aм воспользуемся формулой (4.31) [7,стр. 109]:
aм=0,354(lм /d)*Re0,6*Prм0,33*(Prм/Prw)0,18, Вт/( м2*К) (2.8)
где lм - коэффициент теплопроводности масла при tм.ср.= 54 оС, Вт/(м*К);
Prf –число Прандтля для масла при tм.ср.= 54 оС;
Prw - число Прандтля для масла при tст.м.=40 оС;
d-расстояние между внешними образующими трубок,м;
Reм- критерий Рейнольдса для масла. Он определяется следующим образом:
Reм=(wм*d/nм) (2.9)
где wм –скорость масла, м/с;
nм –вязкость масла tм.ср.= 54оС, м2/с;
Reм=(0,5*0,003/6,68*10-6)=224
aм=0,354(0,107/0,003)*2240,5*101,720,33*(101,72/143,56)0,18=673,2 Вт/( м2*К)
aм пр=673,2*0,95=639,5 Вт/( м2*К)
Определяем режим движения воды в трубках. Критерий Рейнольдса для охлаждающей воды [9,стр.55]: