CC BY
24
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015 № 5-1. С. 80-82.
3. Доклад о состоянии и использовании земель в Пензенской области в 2015г. [Электронный ресурс].- Режим доступа: rosreestr.ru
4. Липски С.А., Проблемы законодательного определения полномочий органов местного самоуправления в области земельных отношений и пути их решения. Актуальные вопросы современной науки и образования: материалы международной научно-практической конференции. Вып. 15. Т.1. - Киров: ООО "Типография "Старая Вятка", 2016. - 1063с.
УДК 683.97
Чушникова К.А. студент 1 курса магистратуры направление подготовки «Системы теплогазоснабжения и
вентиляции, энергоаудит» Муханов С. С. студент 1 курса магистратуры направление подготовки «Системы теплогазоснабжения и
вентиляции, энергоаудит» Тюменский индустриальный университет
Россия, г. Тюмень СРАВНЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ПЛАСТИНЧАТЫХ И КОЖУХОТРУБЧАТЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ
АППАРАТАХ
Аннотация: В данной статье рассмотрели два типа поверхностных теплообменных аппаратов. Для их сравнения были рассчитаны коэффициенты теплопередачи. На основе расчетов оценили эффективность теплообменных аппаратов.
Ключевые слова: теплообменные аппараты, кожухотрубчатые теплообменные аппараты, пластинчатые теплообменные аппараты, коэффициент теплопередачи, сравнение, сравнение коэффициента теплопередачи, теплопередача.
Chushnikova K.A. Master student 1st year, program in Engineering HVAC Tyumen Industrial University Russia, Tyumen Mukhanov S.S. Master student 1st year, program in Engineering HVAC Tyumen Industrial University Russia, Tyumen
COMPARISON OF HEAT TRANSFER COEFFICIENT IN HEAT EXCHANGE EQUIPMENT
Abstract: In this article, two types of surface heat exchangers were considered. To compare them, heat transfer coefficients were calculated. Based on the calculations, the efficiency of heat exchangers was evaluated.
Key words: heat exchangers, shell-and-tube heat exchangers, plate heat exchangers, heat transfer coefficient, comparison, heat transfer coefficient comparison, heat transfer.
Теплообменные аппараты - поверхностные аппараты, предназначенные для передачи тепла от одного более нагретого теплоносителя к другому менее нагретому теплоносителю через разделяющую стенку.
Теплоноситель - жидкое или газообразное вещество, применяемое для передачи тепловой энергии. В теплообменниках чаще всего применяется вода.
Различают две основные группы поверхностных теплообменных аппаратов:
1) кожухотрубчатые;
2) пластинчатые.
Трубчатые (кожухотрубчатые, «труба в трубе»), аппараты с поверхностью теплообмена, выполненной в виде трубок. В пластинчатых же, поверхность теплообмена которых образована гофрированными пластинами.
К недостаткам кожухотрубчатых аппаратов можно отнести их характерные неисправности: разрывы трубок напротив входа пара или в местах поперечных перегородок; зарастание трубок накипью; коррозия трубных досок и водяных камер; нарушение целостности трубок в местах соединения с трубной доской из-за повышенной вибрации, что приводит к значительному снижению теплопроизводительности и температуры подогреваемой воды [1]. Это может привести к аварийным ситуациям. Преимущества теплообменников данного типа: простота конструкции и сравнительно небольшая стоимость.
Пластинчатые теплообменники по сравнению с кожухотрубчатыми имеют ряд преимуществ, такие как компактность, легкость очистки поверхности теплообмена, легкость монтажа и высокая эффективность теплообмена. А также обладают рядом недостатков таких как: течи между пластинами, увеличение гидравлических сопротивлений, перетоки теплоносителя в смежную полость, течи наружу и перетоки теплоносителя в смежную полость [1].
Чтобы определить какой теплообменник имеет большую эффективность теплообмена найдем их коэффициент теплопередачи при одинаковых рабочих параметрах.
Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты
Вт, передается от горячего теплоносителя к холодному через 1м2 поверхности теплообмена при разности температур между теплоносителями, равной 1 град.
Коэффициент теплопередачи является важнейшей характеристикой процесса организации передачи теплоты. Поэтому необходимо определить его величину для сравнения теплообменных аппаратов.
Теплопередача - это переход теплоты от одного потока к другому через разделяющую их стенку. Этот процесс складывается из трех стадий. Коэффициент теплопередачи определяется по уравнению [3]:
1 Вт
К —_ _
Первая стадия - это переход теплоты от горячего потока к стенке теплообменника. Эту стадию называют теплоотдачей. Её интенсивность характеризует коэффициент теплоотдачи а1 , Вт/(м2К) .
Вторая стадия - это переход теплоты через стенку, разделяющую потоки. Интенсивность этой стадии зависит от толщины этой стенки Зст, м, коэффициента теплопроводности материала, из которого эта стенка изготовлена Лст, Вт/(мК).
Третья стадия аналогична первой - это переход теплоты от стенки в ядро холодного потока. Это тоже теплоотдача, ее интенсивность определяется коэффициентом теплоотдачи а2 , Вт/(м2К) [3].
Исходные данные для расчета теплообменных аппаратов:
Тепловая мощность: Q= 500 кВт;
Температура на входе (греющий теплоноситель): t1 =130 оС;
Температура на выходе (греющий теплоноситель): t2 =73 оС;
Температура на входе (нагреваемый теплоноситель): т1 =70 оС;
Температура на выходе (нагреваемый теплоноситель): т2 =95 оС.
Проведя расчет пластинчатого и кожухотрубчатого теплообменников сведем полученные значения в таблицы 1 и 2. Расчет производился в программе Excel по методике [1], [2].
Таблица 1 - Расчет коэффициента теплопередачи в пластинчатом теплообменнике.
Пластинчатый теплообменник
Греющая среда Нагреваемая среда
Эквивалентный диаметр канала, dэкв 0,005 0,018
Средняя температура, оС 101,5 82,5
Плотность, кг/м3 957,04 969,3
Вязкость, м2/с 0,28-10-3 0,35-10-3
Теплопроводность, Вт/(мК) 0,678 0,667
Теплоемкость, Дж/(кгоС) 4223,45 4207,01
Число Прандтля 1,72 2,12
Средняя скорость, м/с 0,43 1,48
Число Рейнольдса 7377 48911
Число Нуссельта 81,99 376,52
Коээффициент теплоотдачи, Вт/(м2К) 11056,55 21853,41
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К) 4302,64
Таблица 2 - Расчет коэффициента теплопередачи в кожухотрубном теплообменнике.
Кожухотрубный теплообменник
Греющая среда Нагреваемая среда
Эквивалентный диаметр канала, dэкв 0,0155 0,014
Средняя температура, оС 101,5 82,5
Плотность, кг/м3 957,04 969,3
Расход, кг/с 1,2552 1,5522
Площадь межтрубного/трубного 0,00108 0,00233
пространства, м
Скорость, м/с 0,28 0,74
Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К) 4368,52 5223,58
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К) 2512,365
К -К2 4302,64 - 2512,365
Д= —-- • 100% =---——--100% = 41,6%
К 4302,64
где К - коэффициент теплопередачи пластинчатого теплообменного аппарата;
К2 - коэффициент теплопередачи кожухотрубного теплообменного аппарата.
Вывод: Исходя из вышеперечисленных расчетов видно, что пластинчатые теплообменные аппараты обладают более высоким коэффициентом теплопередачи k, в данном случае пластинчатый оказался эффективнее на 41,6%. Из этого следует, что для обеспечения заданных параметров теплоносителя с пластинчатым теплообменником нам нужно задействовать меньшее пространство. Для ИТП это имеет одно из решающих значений. В случаях же когда мы не ограничены габаритами можно использовать и кожухотрубчатые теплообменники, так как они являются тоже весьма выгодным решением, когда ограничен бюджет.
Использованные источники:
1. М.Н. Чекардовский, К.Н. Илюхин, С.М. Чекардовский, Н.А. Харламова Проектирование и исследование теплообменных аппаратов / // Учебное пособие. - Тюмень ТюмГАСУ 2015.
2. СП 41.101.95. Проектирование тепловых пунктов. М.: Минрегион России, 1997г.
3. Л.В. Таранова Теплообменные аппараты и методы их расчета. - Тюмень, ТГНГУ 2012.
