Пластинчатые теплообменники 2 (стр. 5 из 8)
Для построения рационального метода расчета теплообменников целесообразно приведенное выше уравнение решить относительно скорости w1:
(22)Соответственно для второй рабочей среды это уравнение имеет вид:
(23)Пользуясь формулами (22) и (23) можно в самом начале теплового расчета вычислить рациональную скорость потока каждой рабочей среды, которая в дальнейшем обеспечит соответствие заданного располагаемого напора фактическому.
При расчете, описанном на приведенной формуле, метод последовательного приближения в принципе не исключается, однако обычно надобность в повторном расчете отпадает.
Выбор предполагаемого коэффициента теплоотдачи α и коэффициента сопротивления ξ на первый взгляд кажется трудным, однако практика применения метода показала, что уже при небольшом навыке расчеты аппаратов по формулам (22) и (23) осуществляются легко и уверенно с одного раза. Следует иметь в виду, что назначение предполагаемой величины α чисто вспомогательное, так как она не используется для расчета рабочей поверхности.
Кроме того, использование приближенных значений α и ξ в расчете скорости происходит в благоприятных условиях, потому что из возможного отклонения выбранных значений от истинных извлекается кубический корень и погрешность полученного значения скорости будет соответственно уменьшена.
В дальнейшем расчете вычисляется действительное значение по критериальным уравнениям, и влияние этой погрешности оказывается совсем малым, поскольку коэффициент теплоотдачи изменяется пропорционально скорости в степени 0,6 – 0,8.
Благодаря действию этих факторов действительное значение коэффициента теплоотдачи мало зависит от ошибки при выборе предполагаемого значения его, использованного только при расчете скорости.
Это также относится и к возможной погрешности при вычислении средней температуры стенки. Коэффициент сопротивления ξ легко может быть уточнен сразу после получения скорости по числу Рейнольдса, вследствие чего устраняется угроза для точности дальнейшего расчета и необходимость в повторении всего расчета.
При расчете особенно отчетливо выявляется малое влияние точности предварительного выбора величин α,
и ξ, так как значения 
(число каналов в пакете для i-ой среды) представляют собой дискретный ряд чисел, и вычисленное по этой формуле значение необходимо в конечном счете округлять до целого числа.
Более того, расчет нередко дает результаты, подсказывающие необходимость применения компоновки с чередующимся числом параллельных каналов в пакетах. Например, при получении в результате вычисления числа 3,45 оказывается целесообразной компоновка с условным т = 3,5, которая на практике реализуется в виде последовательного соединения пакетов с чередованием числа каналов 3 – 4 – 3 – 4 и т. д.
5.ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ КОМПОНОВОЧНОГО РАСЧЕТА
Компоновочным расчетом теплообменных аппаратов определяется параллельно-последовательная компоновка каналов для каждой рабочей среды.
Например, для пластинчатых теплообменников при расчете определяют: размеры пластин и число каналов в одном пакете; число пластин в каждом пакете и число пакетов в аппарате; общее число пластин в аппарате и основные размеры аппарата.
При компоновочном расчете аппарата используют результаты теплового расчета. Оба вида расчетов являются взаимосвязанными, иногда результаты компоновочного расчета заставляют вносить существенные изменения в тепловой, а также и гидромеханический расчеты.
Порядок компоновочного расчета пластинчатого аппарата следующий:
1. По заданным расходам рабочих сред и вычисленным или выбранным скоростям их движения в каналах определяют необходимую площадь поперечного сечения пакета:
, (24)где V– объемный расход рабочей среды, м3/с; w– скорость данной рабочей среды, м/с.
2. Определяют число параллельных каналов в пакете для каждой среды:
(25)где f1 – площадь поперечного сечения одного межпластинного канала, м2.
Полученное значение т округляют до целого.
3. Число пластин в пакете находят по соотношению:
(26)В крайних пакетах, соприкасающихся с плитами, общее число пластин на одну больше (концевую):
пп = 2т+1 (27)
4. Вычисляют поверхность теплопередачи одного пакета:
(28)5. Определяют число пакетов (ходов) в теплообменном аппарате:
, (29)где Fа – рабочая поверхность аппарата, найденная при тепловом расчете.
Если величина Fа получается дробной, то ее округляют до целого числа и корректируют соответственно поверхность всего аппарата:
6. Находят общее число пластин в аппарате (секции):
(30)где F1– поверхность теплопередачи одной пластины, м2.
Примеры проектных расчетов простых пластинчатыхтеплообменников
Пример 1.
Произвести проектный расчет пластинчатого теплообменника для охлаждения 75-ной % фосфорной кислоты холодной водой при следующих исходных данных:
Массовый расход фосфорной кислоты
=151,2 т/ч = 42 кг/с.Объемный расход фосфорной кислоты
=0,0266 м3/с.Начальная температура кислоты
= 85°С.Конечная температура кислоты
= 40 °С.Начальная температура охлаждающей воды
= 20 °С.Конечная температура охлаждающей воды
= 40 °С.Рабочее давление в аппарате
= 600 кПа (60 000 кгс/м2).Располагаемый напор на стороне кислоты
= 140 кПа (14 000 кгс/м2).Располагаемый напор на стороне воды
= 120 кПа (12 000 кгс/м2).Теплофизические свойства кислоты при средней температуре
°С.Плотность
= 1580 кг/м3.Удельная теплоемкость
= 2132 Дж/(кг · °С).Коэффициент теплопроводности
= 0,357 Вт/(м · °С).Кинематическая вязкость
= 6,33 · 10-6 м2/с.Средняя температура воды
°С.Теплофизические свойства воды при средней температуре:
плотность
= 995,7 кг/м3.удельная теплоемкость
= 4187 Дж/(кг · °С).коэффициент теплопроводности
= 0,818 Вт/(м · °С).кинематическая вязкость
= 0,805 · 10-6 м2/с.Аппарат намечено проектировать на базе пластин «ПР-0,5Е» из стали Х18Н10Т с гофрами в «елочку» и следующими техническими данными:
поверхность теплопередачи одной пластины
= 0,5 м2.эквивалентный диаметр межпластинчатого канала
= 0,0080 м.площадь поперечного сечения одного канала
= 0,0018 м2.длина канала (приведенная)
= 1,15 м.диаметр углового отверстия
= 150 мм.толщина пластины
= 1 мм.коэффициент теплопроводности материала
= 15,9 Вт/(м · °С).Для пластины принятого типа при указанной величине
действительный уравнения теплоотдачи: 
и потерь энергии:
