Grupa 8302

Temă de casă(i=31)

CerinţăSă se facă calculul termic, constructiv şi hidrodinamic al unui schimbător de căldură

pentru răcirea uleiului, pentru care se cunosc:

Debitul de ulei

Temperatura apei de răcire

Temperaturile uleiului

Debitul apei de răcire

Rezolvare

1. Determinarea fluxului termic preluat de agentul termic secundarSe consideră randamentul aparatului η = 0,95

Căldura specifică a uleiului

Căldura specifică a apei

Fluxul termic cedat de agentul primar (uleiul):

Fluxul termic preluat de agentul secundar (apa):

2. Determinarea temperaturii apei de răcire la ieşirea din schimbător

3. Diagrama de variaţie a temperaturii agenţilor termici în aparatPe pagina următoare sunt reprezentate digramele de variaţie a temperaturilor atât în

cazul unei circulaţii în echicurent, cât şi în cazul circulaţiei în contracurent.

1

4. Determinarea diferenţei de temperatură medii logaritmiceCirculaţie în echicurent:

S

t[oC]

t1’=90oC

t1’’=60oC

t2’=20oCt2’’=30,2oC

ECHICURENT

S

t[oC]

t1’=90oC

t1’’=60oC

t2’=20oCt2’’=30,2oC

CONTRACURENT

2

Circulaţie în contracurent:

Concluzie: Se va opta pentru un aparat cu circulaţie în contracurent, din două motive importante:

- în cazul circulaţiei în contracurent diferenţele de temperatură în lungul aparatului sunt mai reduse, ceea ce înseamnă că acesta va fi supus unor tensiuni termice mai reduse;

- diferenţa de temperatură medie logaritmică este mai mare pentru circulaţia în contracurent, ceea ce duce la obţinerea unei suprafeţe de schimb de căldură mai reduse.

5. Alegerea soluţiei constructive a aparatuluiSe alege un schimbător de căldură multitubular cu o trecere prin manta şi o trecere

prin ţevi. Pentru compensarea dilatărilor, la unul dintre capetele mantalei există două capace: unul fix, solidar cu mantaua, şi unul mobil, solidar cu placa tubulară din acel capăt şi care conţine racordul de legătură cu exteriorul. Pe acest racord se montează o presetupă, astfel încât la dilatarea sau contracţia ţevilor capacul mobil să se poată deplasa în lungul axei longitudinale a schimbătorului de căldură.

6. Calculul constructivTemperaturile medii ale celor două fluide sunt:

Uleiul va circula prin interiorul ţevilor, iar apa de răcire prin spaţiul intertubular.Se aleg ţevi cu diametrele de/di = 18/16.Se adoptă o viteză de curgere a uleiului w1 = 2m/s şi se calculează numărul de ţevi:

unde ρ1 este densitatea uleiului la temperatura sa medie, 74,3oC.Alegând dispunerea ţevilor în hexagoane regulate, pentru o structură cu 7 ţevi pe latura

hexagonului exterior numărul de ţevi este 127. Se recalculează viteza de curgere pentru acest număr de ţevi:

Viteza este în limite acceptabile.Se alege pasul dintre ţevi s = 25mm (s = (1,37...1,22)de).Diametrul interior al mantalei:

3

unde b – numărul de ţevi de pe diagonala principală a hexagonului exterior, k0 – pasul dintre ţevile marginale şi manta.

Se alege pentru manta ţeavă cu diametrele De/Di = 368/350.Aria secţiunii prin care va curge apa este:

Rezultă viteza de curgere a apei:

unde ρ2 este densitatea apei la temperatura sa medie, 25,1oC. Viteza apei de răcire este în limite acceptabile.Diametrul hidraulic echivalent pentru spaţiul intertubular:

Se calculează criteriile Reynolds pentru cele două fluide:

Se calculează criteriile Nusselt pentru cele două fluide pe baza unor ecuaţii criteriale, care se aleg în funcţie de valorile obţinute pentru criteriul Reynolds:

fluidul primar (uleiul)

fluidul secundar (apa)

Se calculează coeficienţii de transfer de căldură convectiv: fluidul primar (uleiul)

fluidul secundar (apa)

Dacă se neglijează rezistenţa termică conductivă a peretelui conductei, coeficientul global liniar de transfer de căldură este:

4

Coeficientul global de transfer de căldură se poate determina scriind fluxul termic în două moduri:

Dacă se iau în considerare şi depunerile, coeficientul global de transfer de căldură scade:

Suprafaţa de schimb de căldură necesară este:

Lungimea ţevilor este:

Deoarece această lungime este prea mare, schimbătorul de căldură va fi format din două tronsoane identice(ntr = 2), fiecare tronson având lungimea l = 6m. Numărul total de ţevi (de lungime 6m) necesar pentru construirea aparatului este:

7. Calculul hidrodinamica) Pierderile de presiune pentru fluidul primar pierderi de presiune liniare

pierderi de presiune la curgerea prin ţeava curbă dintre tronsoane

pierderi de presiune la intrarea într-un fascicul de ţevi

pierderi de presiune la ieşirea dintr-un fascicul de ţevi

pierderi de presiune la intrarea în camerele colectoare

pierderi de presiune la ieşirea din camerele colectoare

5

Pierderile totale de presiune pentru fluidul primar sunt:

b) Pierderile de presiune pentru fluidul secundar pierderi de presiune liniare

pierderi de presiune la intrarea în spaţiul dintre ţevi, perpendicular pe ţevi

pierderi de presiune la ieşirea din spaţiul dintre ţevi, sub un unghi de 90o faţă de ţevi

Pierderile totale de presiune pentru fluidul secundar sunt:

6