Главная | Обратная связь

Расчет теплообменного аппарата

 

Вторая часть курсовой работы предусматривает расчет и компоновку поверхностей обогрева рассматриваемого салона автомобиля. Основным теплоносителем для принятой схемы обогрева является жидкость системы охлаждения ДВС (ОЖ), которая передаёт часть своей теплоты воздуху в помещении через стенки трубопроводов, расположенных по его контуру. Для увеличения теплоотдачи с поверхности обогрева они могут оребряться или обдуваться дополнительными вентиляторами (схема теплообмена определяется вариантом задания).

На миллиметровой бумаге студентом выполняется общая схема системы обогрева салона транспортного средства с учетом заданного варианта. На схеме указываются заданные размера помещения и температуры теплоносителей (рис. 7.1).

 

7.1. Методика конструктивного расчета теплообменного аппарата

(для схем обогрева № 1 и № 2)

Целью конструктивного расчета является определение поверхности теплообменника при известных значениях начальных и конечных параметров теплоносителей. Порядок выполнения такого расчёта следующий.

Определяется величина теплового потока Q₀, получаемого холодным теплоносителем от горячего, по формуле 5.2.

Воспользовавшись указаниями раздела 9, в соответствии со схемой теплообмена выбираются уравнения подобия и рассчитываются коэффициенты теплоотдачи α₁ и α₂ по формуле:

, (7.1)

Учитывая, что (d_н/d_вн)<1,5 , можно воспользоваться для расчета коэффициента теплопередачи формулой:

, (7.2)

где δ – толщина стенки обогревательной трубы;

λ – коэффициент теплопроводности материала трубы.

Воспользовавшись уравнением теплового баланса

, (7.3)

вычисляют конечную температуру горячего теплоносителя:

, (7.4)

 

 

Рис. 7.1. Общая схема системы обогрева салона

где – температура горячего теплоносителя (ОЖ) на входе, ^○С ( = 73÷78 ^○С); m₁ – массовый расход горячего теплоносителя, кг/c (для схемы № 1 и № 2 (рис. 8.1 и 8.3) принять m₁ = 1,33 кг/с; для схемы № 3 – m₁ = 0,67 кг/с);

C_p1 – массовая теплоемкость ОЖ при постоянном давлении (табл. П.2).

Вычисляется средний логарифмический температурный напор в соответствии с графиком рис. 7.2.

, (7.5)

Из уравнения теплопередачи:

_, (7.6)

находится требуемая площадь теплообменника (м²):

, (7.7)

Располагая значением F, рассчитывают требуемую длину обогревательной трубы (м):

, (7.8)

Примечание. Если длина >(2·1 + b), то отопительная труба выполняется в виде змеевика (для схем № 1), а для схемы № 2 труба оребряется. При этом неоребренная поверхность отопительной трубы F₀ (м²) рассчитывается, исходя из компоновки обогреваемого помещения:

 

, (7.9)

 

Рис. 7.2. График изменения температур теплоносителей

(для схем обогрева № 1 и № 2)

 

Далее проводится расчет количества ребер n:

, (7.10)

 

где F_p – боковая поверхность ребра (м²):

, (7.11)

 

где d_p – наружный диаметр ребра, м (выбирается из конструктивных соображений);

_p – КПД ребра, учитывающий изменение температуры по его высоте (в данном случае _p ≈ 0,20).

 

7.2. Методика проверочного расчета теплообменного аппарата *

(для схемы обогрева № 3)

При проверочном расчете известна конструкция теплообменника, т. е. площадь поверхности теплообмена F′ (см. схему обогрева № 3). Кроме того, заданы начальные параметры теплоносителей (см. рис.7.3). Необходимо рассчитать конечные параметры, т. е. проверить пригодность данного теплообменника для заданных условий. На основе этих сведений выполняются расчеты Q₀, α₁ и α₂, k, (по п. 7.1).

Из уравнения теплового баланса:

, (7.12)

Определяется температура холодного теплоносителя (воздуха) на выходе из теплообменного аппарата:

, (7.13)

где – температура воздуха внутри обогреваемого помещения, ^○С;

m₂ – массовый расход холодного теплоносителя, кг/c (для схемы № 3 m₂ = 500 кг/ч = 0,083 кг/с);

C_p2 – средняя массовая изобарная теплоемкость воздуха в диапазоне температур от до до (при температурах, указанных в данной курсовой работе, можно принять C_p2 = 1 кДж/(кг·К)).

По результатам расчета необходимо построить график изменения температур теплоносителей.

Средний логарифмический температурный напор в соответствии с графиком рис. 7.3 вычисляется по формуле (7.5) и уточняется для теплообменных аппаратов с перекрестным током:

, (7.14)

где – поправочный коэффициент, определяемый по графику рис. 7.4. в зависимости от вспомогательных величин R и P.

 

Рис. 7.3. График изменения температур теплоносителей

(для схемы обогрева № 3)

 

, (7.15)

, (7.16)

Рис. 7.4. Зависимость от P и R

 

По формуле (7.7) вычисляется площадь теплообмена F и сравнивается с заданной площадью F′ ( в формуле (7.7) вместо Δt_ср необходимо подставлять Δt_{ср.перек}).

По результатам расчетов делаются выводы о пригодности данного теплообменного аппарата к условиям варианта.