Конструктивные и режимные характеристики кожухотрубных ТА

2.1. Компоновка труб в трубном пучке

В кожухотрубных ТА с цилиндрическим кожухом трубы могут быть расположены по сторонам шестиугольников (в вершинах равносторонних треугольников - треугольная разбивка) или по концентрическим окружностям (концентрическая разбивка) - рис. 2.4.

а б в

Рис.2.4. Размещение труб в трубном пучке: а – по сторонам шестиугольников; б – по концентрическим окружностям; в – мостик между трубами

Шаг между трубачи принимается из условий прочности трубной решетки и из технологических соображений = (1,2... 1,4) , но не менее = d_i+ 6 мм. При <1,2 d_i возникают сложности с креплением труб в трубной решетке.

Общее число труб, заключенных внутри шестиугольника (при треугольной разбивке)

, (2.25)

где m- число труб на большой диагонали, включая трубу, расположенную в центре.

При m>7 сегменты между краем трубной решетки и сторонами наружного шестиугольника желательно заполнять трубами.

Размещение труб по концентрическим окружностям производится так, чтобы был выдержан радиальный шаг , т.е. расстояние между окружностями, и примерно такой же шаг между трубами по окружности.

Число труб по окружностям, расположенным с шагом, приблизительно равным , составляет

,

,

,

где i- номер окружности.

Общее число труб, размещенных по концентрическим окружностям

(2.26)

Шестиугольная (треугольная) разбивка труб при числе шестиугольников m≥6 (при условии заполнения сегментов трубами) выгоднее размещения труб по концентрическим окружностям (табл. 2.1).

Обычно число труб, размещаемых в трубном пучке, определяется с помощью таблиц.

Следует иметь в виду, что в многоходовых (по трубам) ТА число труб меньше, чем в одноходовых ТА, вследствие установки перегородок в крышках и наличия мест, где трубы не могут быть установлены.

Число труб, размещаемых в корпусе аппарата с внутренним диаметром D_к при расположении труб по вершинам треугольников:

Таблица 2.1

Число труб в аппарате при разбивке трубной решетки по шестиугольникам и по концентрическим окружностям

, (2.27)

где ψ_з - коэффициент заполнения трубной решетки (для одноходовых ТА обычно ψ_з = 1, для многоходовых ψ_з = 0,7...0,85). Внутренний диаметр корпуса ТА:

, (2.28)

где D'- наибольший диаметр окружности центров труб при концентрической разбивке или наибольшая диагональ шестиугольника при треугольной разбивке труб; δ_m - кольцевой зазор между крайними трубами и внутренней поверхностью 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 неравномерным поперечным шагом.

2.2. Геометрические характеристики трубных пучков

Свободное сечение для прохода теплоносителя при продольном обтекании трубного пучка

,м² (2.29)

Эквивалентный (гидравлический) диаметр

,м. (2.30)

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

, м. (2.31)

2.3. Направление движения теплоносителей

Направление относительного тока обменивающихся теплотой сред выбирают 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 условиях оно способствует повышению теплопроизводительности Q и уменьшению поверхности аппарата F.

Если по технологическим, конструктивным или компоновочным соображениям 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 общую теплопроизводительность аппарата Q, но и на изменение температур теплоносителей δt₁ и δt₂, а увеличение перепадов температуры при неизменной теплопроизводительности приводит к уменьшению расходов теплоносителей G₁ и G₂ затрат энергии для их транспортировки.

В решении вопроса выбора тока теплоносителей относительно поверхности теплообмена при наружном омывании труб следует руководствоваться следующим правилом: при отношении выгоднее продольное, а при - поперечное обтекание.

Вопрос о том, какой из теплоносителей направлять в трубы или межтрубное пространство, должен решаться с точки зрения не только интенсификации теплообмена, но и надежности работы ТА. Если теплоноситель вызывает коррозию или механическое повреждение труб, то лучше его пропустить внутрь труб, так как экономичнее выполнить их из материала высокой стоимости, чем кожух.

В трубы целесообразно направлять теплоноситель с высокой температурой и большим давлением, чем в межтрубном пространстве, что способствует снижению механической нагрузки на корпус аппарата и снижению тепловых потерь в окружающую среду, а также более загрязненный, поскольку трубы очистить от загрязнений легче, чем межтрубное пространство.

2.4. Скорость теплоносителей в трубах и межтрубном пространстве

Скорость теплоносителя W оказывает существенное влияние на теплоотдачу, потери давления, загрязняемость.

Для ламинарного течения: .

Для турбулентного течения: .

Скорость теплоносителя в межтрубном пространстве оказывает существенное влияние на вибрацию труб, возникающих вследствие вихревого возбуждения, возбуждения турбулентными пульсациями, гидроупругих и акустических возбуждений.

Для повышения теплоотдачи и уменьшения загрязнений скорость нужно увеличивать, а для снижения потерь давления и предотвращения нежелательных 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.

2.5 Теплоотдача и сопротивление в трубах

Теплоотдача:

1) Re ≤ 2400 – ламинарный режим

(2.32)

где ;

ε_T - поправка на неизотермичность.

Для жидкостей ,

где μ - динамический коэффициент вязкости при определяющей температуре теплоносителя t_ср; μ_wв – то же при температуре внутренней поверхности трубы t_wв.

Для газов = 2.

В первом приближении

Таблица 2.2

Рекомендуемые значения теплоносителей при вынужденном течении в каналах ТА

Среда	Условия движения	, м/с
Маловязкая жидкость(вода,керосин и т.д.)	Нагнетательная линия	1…3
Всасывающая линия	0,8…1,2
Вязкая жидкость(легкие и тяжелые масла, растворы солей)	Нагнетательная линия	0,5…1,0
Всасывающая линия	0,2…0,8
Маловязкая и вязкая жидкости	Самотек	0,1…0,5
Газ при большом напоре	Нагнетательная линия компрессора	15…30
Газ при небольшом напоре	Нагнетательная линия вентилятора, газоход	5…15
Незапыленный при атмосферном давлении	Газоход	12…16
Запыленный при атмосферном давлении	Газоход	6…10
Газ при естественной тяге	Газоход	2…4
Водяной пар: Перегретый Сухой насыщенный, разреженный (в конденсатор) Пары насыщенные (углеводороды и др.)	- -   Давление МПа: 0,005…0,02 0,02…0,05 0,05…0,1 0,1	30…75 100…200     60…75 40…60 20…40 10…25

2) Re > 2400 - турбулентный режим:

(2.33)

где

Для жидкостей ,

Pr_wв - для Прандтля при t_wв.

Для газов ,

,

где .

Коэффициент сопротивления трения:

3) - ламинарный режим

. (2.34)

Для жидкостей

,

.

Для газов

,

.

4) - турбулентный режим

. (2.35)

Для жидкостей

,

.

Для газов

5) - турбулентный режим

(2.36)

где определяется по формулам п.4.

2.6. Теплоотдача и сопротивление при продольном обтекании пучков труб

Теплоотдача:

. (2.37)

Где ; ; , – по п.2. раздела 2.5.

Для расположения труб по треугольнику и по концентрическим окружностям

.

Коэффициент сопротивления трения

Для треугольного расположения труб и расположения труб по концентрическим окружностям

, (2.38)

где ,

,

ε_T- по формулам п.4 раздела 2.5.

2.7. Коэффициент местного сопротивления

Коэффициент сопротивления при резком изменении сечения канала любой формы при числах Рейнольдса Re>10⁴ определяют по графикам (рис. 2.5).

Здесь f₀- площадь поперечного сечения канала “малого” сечения; f₁ -то же для канала «большого сечения».

Коэффициенты сопротивления при резком изменении сечения канала при определяются с помощью графиков или зависимостей ,где - скорость в расчетном сечении. За расчетное сечение принимают меньшее (f₀), за определяющий размер - эквивалентный (гидравлический) диаметр d_Э.

Рис. 2.5. График для определения ζ_m при резком изменении поперечного сечения канала

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 456; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!