Пластинчатые теплообменники 2 (стр. 4 из 8)

а) конструкция гофр или профиль рабочей теплообменной стенки;

б) форма угловых отверстий для подвода и отвода рабочих сред и устройства для снижения гидравлического сопротивления участков входа и выхода;

в) уплотнительная система;

г) система подвески пластин на рамс аппарата и фиксации положения пластин в пакете;

д) устройство для безопасного обслуживания пакета пластин при аварийном нарушении герметичности прокладок;

е) устройство вспомогательных конструктивных элементов пластины, повышающих жесткость собранной системы, способствующих технологичности изготовления, создающих удобства обслуживания и ремонта и т. д.

Практически эти элементы не всегда удается рационально совместить в одной детали.

В таблице 1 и на рисунке 8 приводятся характеристики пластин сетчато-поточного типа с гофрами треугольной формы в «елочку». Они как наиболее эффективные, широко применяются в большинстве конструкций отечественных пластинчатых теплообменников для химических и смежных с ним производств.

а) б)в) г)

Рисунок 8 – Конструкция сетчато-поточных пластин для выпуска широкого размерного ряда теплообменных аппаратов:а – ПР-0,2 ; б – ПР-0,3; в – ПР-0,5М; г – ПР-1,3

Таблица 1 – Характеристики пластин сетчато-поточного типа

Параметры сетчато-поточных пластин с наклонными гофрами треугольного профиля	ПР – 0,2	ПР – 0,3	ПР – 0,5Е	ПР – 0,5М	ПР – 1,3	ПС -0,8
Габаритные размеры пластин, ммДлина……………………….Ширина……………………	650650	1370300	1380500	1380550	1910920	1370640
Толщина стенки, мм	1,2	1	1	1	1	1
Поверхность теплообмена, м²	0,2	0,3	0,5	0,5	1,3	0,8
Эквивалентный диаметр канала, мм	7,5	8	8	9,6	9,6	9
Площадь поперечного сечения канала, м² ×10³	1,6	1,1	1,8	2,4	4,3	3
Шаг гофр (по нормали к гофрам), мм	18	18	18	18	18	18
Высота гофр, мм	4	4	4	5	5	5
Число гофр на пластине	21	50	66	66	95	46
Длина одного канала (приведенная), м	0,44	1,12	1,15	1	1,47	1,26
Площадь углового отверстия, м²	0,0082	0,0045	0,017	0,017	0,03	0,03
Диаметр присоединяемого штуцера, мм	100	50	150	150	200	200
ПР – пластины для разборных теплообменниковПС – пластины для блочных сварных теплообменников

4.ТЕПЛООТДАЧА И ГИДРАВЛИЧЕСКОЕСОПРОТИВЛЕНИЕ ПРИ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИВ МЕЖПЛАСТИННЫХ КАНАЛАХ

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к поверхности теплопередачи для плоской стенки, может быть найден по известной формуле:

, (4)

где R_сти R_з– термические сопротивления стенки и загрязнений соответственно.

Главная трудность при расчете коэффициента теплопередачи состоит в определении коэффициентов теплоотдачи α₁ и α₂. В извилистых межпластинных каналах исключительная сложность гидромеханических и тепловых явлений в непрерывно дестабилизируемом турбулентном потоке создает большие трудности для аналитического решении задач о теплоотдаче и гидравлическом сопротивлении. Поэтому основные расчетные уравнения получены экспериментально и представлены в критериальной форме.

В частности для сетчато-поточныхпластин с пересекающимися наклонными к оси симметрии гофрамиПР-0,5 Е (рисунок 5) при турбулентном режиме течения рабочей среды для области Re от 50 до 20000 действительны расчетные уравнения:

, (5)

, (6)

(7)

При ламинарном режиме течения при 0,1 < Re < 50

, (8)

, (9)

(10)

Приведенные формулы справедливы для различных рабочих сред при изменении числа Прандтля от 0,7 до 5000.

При обогреве конденсирующимся движущимся паром в каналах из этих пластин при температурном напоре между паром и холодной стенкой Δt≥ 10°C:

(11)

здесь

– критерий Нуссельта;

– критерий Галилея;

– критерий конденсации; ρ₂ и ρ₁ – плотность пара при данном давлении и плотность конденсата.

При медленном движении пара в этих каналах и Δt< 10° удовлетворительные результаты дает следующее уравнение:

(12)

У модернизированной конструкции пластины ПР-0,5М гидравлическое сопротивление благодаря модернизации входных и выходных участков канала уменьшено и описывается формулами:

(13)

При конденсации движущегося пара в каналах из пластин ПР-0,5 М при Δt ≥10°С получено уравнение:

(14)

Для расчета гидравлических сопротивлений сетчато-поточных пластин ПР-0,3 получены формулы:

, (15)

(16)

При конденсации движущегося пара для этих пластин:

(17)

За определяющий размер в критериях Nu и Re принята приведенная длина пластины L_п.

Сетчато-поточные пластины в елку ПР-0,2 (квадратные) с наклонными гофрами треугольной формы (рисунок 5) при сборке в пакет устанавливают повернутыми в плоскости пластины одна относительно другой на 90°.

Теплоотдача при турбулентном режиме:

(18)

Гидравлические сопротивления:

, (19)

(20)

При проектировании сложных компоновочных решений пластинчатых аппаратов требуется предварительно рассчитать рациональную скорость каждой рабочей среды, чтобы можно было определить коэффициенты теплоотдачи и достаточно точно уложиться в заданный располагаемый напор.

Взаимосвязь гидравлических, тепловых и геометрических параметров теплообменного аппарата, имеющего сложную схему компоновки каналов, может быть выражена следующим уравнением, связывающим известные в теории теплообмена критерии:

(21)

где

– критерий Эйлера для одного пакета;

– критерий Фруда или отношение удельной кинетической энергии потока к запасу потенциальной энергии жидкости при входе ее в аппарат;

– величина, характеризующая отношение удельного теплосодержания потока к интенсивности теплоотдачи;

;

– симплекс, характеризующий условия подобия температурных режимов;

– симплекс геометрического подобия, выражающий степень тонкослойности потока.