Ответы на билеты по физике на тему Ответы на билеты

Критерий Рейнольдса Re характеризует режим движения теплоносителя:

Re=(w∙d)/ (5)

где  – коэффициент кинематической вязкости, м2/с;
d – определяющий размер аппарата, м.
Критерий Нуссельта Nu характеризует интенсивность теплообмена:

Nu=(α∙d)/ (6)

где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 ·К).
По приведенным формулам подсчитывают значение критериев, а затем по выбранному в зависимости от режима движения критериальному уравнению определяют критерий Нуссельта Nu. По найденному критерию Нуссельта рассчитывают коэффициент теплоотдачи.
При нагревании и охлаждении без изменения агрегатного состояния теплоносителя уравнение теплового баланса для непрерывных процессов имеет вид:

Q=G_1∙c_1∙(t_1^н-t_1^k )=G_2∙c_2∙(t_2^н-t_2^k )+Q_пот (7)

где G1, G2 – количество горячего и холодного теплоносителей, проходящих через аппарат за единицу времени (кг/с);
c1, с2 – удельная теплоемкость горячего и холодного теплоносителей, Дж/(кг ·К);
t1н, t1к – начальная и конечная температуры горячего теплоносителя, °С;
t2н, t2к – начальная и конечная температуры холодного теплоносителя, °С;
Qпот – потери тепла в окружающую среду за единицу времени, Вт.
 
Вопрос 6. Конструкция кожухотрубных теплообменников

Кожухотрубные теплообменники относятся к наиболее распространенным аппаратам. Их применяют для теплообмена и термохимических процессов между различными жидкостями, парами и газами – как без изменения, так и с изменением их агрегатного состояния.
Кожухотрубные теплообменники появились в начале ХХ века в связи с потребностями тепловых станций в теплообменниках с большой поверхностью, таких, как конденсаторы и подогреватели воды, работающие при относительно высоком давлении. Кожухотрубные теплообменники применяются в качестве конденсаторов, подогревателей и испарителей. В настоящее время их конструкция в результате специальных разработок с учетом опыта эксплуатации стала намного более совершенной. В те же годы началось широкое промышленное применение кожухотрубных теплообменников в нефтяной промышленности. Для эксплуатации в тяжелых условиях потребовались нагреватели и охладители массы, испарители и конденсаторы для различных фракций сырой нефти и сопутствующих органических жидкостей. Теплообменникам часто приходилось работать с загрязненными жидкостями при высоких температурах и давлениях, и поэтому их необходимо было конструировать так, чтобы обеспечить легкость ремонта и очистки.
С годами кожухотрубные теплообменники стали наиболее широко применяемым типом аппаратов. Это обусловлено прежде всего надежностью конструкции, большим набором вариантов исполнения для различных условий эксплуатации, в частности:
однофазные потоки, кипение и конденсация по горячей и холодной сторонам теплообменника с вертикальным или горизонтальным исполнением
диапазон давления от вакуума до высоких значений
в широких пределах изменяющиеся перепады давления по обеим сторонам вследствие большого разнообразия вариантов
удовлетворение требований по термическим напряжениям без существенного повышения стоимости аппарата
размеры от малых до предельно больших (5000 м2)
возможность применения различных материалов в соответствии с требованиями к стоимости, коррозии, температурному режиму и давлению
использование развитых поверхностей теплообмена как внутри труб, так и снаружи, различных интенсификаторов и т.д.
возможность извлечения пучка труб для очистки и ремонта
Однако такое широкое разнообразие условий применения кожухотрубных теплообменников и их конструкций никоим образом не должно исключать поиск других, альтернативных решений, таких, как применение пластинчатых, спиральных или компактных теплообменников в тех случаях, когда их характеристики оказываются приемлемыми и их применение может привести к экономически более выгодным решениям.
Кожухотрубные теплообменники состоят из пучков труб, укрепленных в трубных досках, кожухов, крышек, камер, патрубков и опор. Трубное и межтрубное пространства в этих аппаратах разобщены, причем каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Классическая схема кожухотрубчатого теплообменника показана на рисунке: