Расчет жидкостного теплообменника

Размещено на http://allbest.ru/

1) Расчет жидкостного теплообменника

Гидравлическая схема системы охлаждения показана на рисунке 3.

гидравлический ламинарный теплоотдача лазер

Теплообменник. Гидравлическая схема охлаждения лазера: 1-оболочка разрядного канала; 2-теплообменник; 3-насос; расширитель резерва, 4 - расширитель резерва.

Поскольку дистиллированная вода циркулирует по замкнутому кругу, ее массовый расход является одинаковым в любом сечении жидкостной магистрали. Следовательно, массовый расход будет равен:

m_г =0,22439 кг/с

При этом средняя температура воды здесь будет равна средней температуре в рубашке охлаждения. Дистиллированная и техническая вода движутся навстречу друг другу. Обычно массовый расход технической воды m_х во внешнем контуре теплообменника не превышает 15 кг/мин, что соответствует максимальной пропускной способности тепловой магистрали. Однако, в целях экономии, массовый расход должен быть минимальным.

При этом следует иметь ввиду, что с уменьшением массового расхода, размеры и масса теплообменника возрастают.

Предварительно выбираем значение m_х = 0,22 кг/с.

Расчет жидкостного теплообменника производится по средней температуре жидкости в каналах его внутреннего и внешнего контура. Средняя температура во внутреннем и внешнем контуре определяется:

Т_х=(Т_х.вх+Т_х.вых)/2

Поскольку температура Т_х.вх=10 ^оС, необходимо определить Т_х.вых. Согласно закону сохранения энергии:

Q = c_х*m_х(T_Хвых-Т_Хвх),

где c_х -удельная теплоемкость технической воды.

Из совместного решения этих уравнений получим:

Т_х=10+Q/2 c_х*m_х

Таким образом, с учетом зависимости теплоемкости воды от температуры получим:

Т_х= 23,583 ^оС

Условия теплоотдачи в теплообменнике:

Q=б_гF_то(Т_г-Т_ст1) - внутренний контур теплообменника

Q=б_хF_то(Т_ст2-Т_х) - внешний контур теплообменника

Перепад температуры по толщине стенки найдем из выражения:

Q=(л_мF_то(Т_ст1-Т_ст2))/д

л_м - теплопроводность металла

д-толщина

Сложив все эти выражения, получим, что площадь поверхности в теплообменнике не должна превышать:

F_то=Q/( Т_г- Т_х)(1/б_г-1/б_х- д/ л_м)

При большой поверхности F_то в канале теплообменника трудно образовать турбулентный режим. Поэтому расчет будем производить в ламинарном режиме сечения.

При данном режиме наибольшей эффективностью теплоотдачи обладают прямоугольные каналы с высоким отношением смежных сторон.

Площадь проходного сечения составляет:

F=аb

d_экв2=4F/П=4аb/2(a+b)=2a

Теплоотдача осуществляется через две стенки шириной b и длиной l₂

При числе каналов N площадь поверхности теплообмена равняется:

F_то=2Nbl₂

Для осуществления ламинарного режима течения жидкости в канале внешнего и внутреннего поля должны выполняться условия:

Re_г=2 m_г/µ_гNb < 2300

Re_х=2 m_х/µ_хNb < 2300

Где µ_г и µ_х берутся при средних значениях Т_г и Т_х. Исходя из данных условий, выбираем значение произведения N*b:

N*b = 1, при Re_г= 899,025 и Re_х= 451,178

Теплоотдача в плоских каналах при ламинарном режиме описывается выражением:

Nu=7,54;

Таким образом, выражение для коэффициента теплоотдачи в каналах внутреннего и внешнего контура принимает вид:

б_г = 7,54*л_г/2а;

б_х = 7,54*л_х/2а;

Заменяя значения F_то, б_г и б_х, получаем:

l₂=(Q/( Т_г - Т_х))*(2a/7,54*л_г+2a/7,54*л_х+ д/ л_м)*1/(2*N*b)

Для обеспечения максимальной теплоотдачи высота канала должна быть минимальной:

а=0,0012 м

Во избежание деформации толщина стенок должна лежать в пределах от 1 до 2 мм:

д=0,0015 м

Для нержавеющей стали л_м =17,3 Вт/м*^оС

С учетом этих значений, при подстановке а, д, л_м длина канала будет равна:

l₂=0,159 м

С учетом l₂ и произведения N*b площадь F_то будет равна:

F_то = 2*N*b*l₂ = 0,317 м²

Задаваясь шириной канала (50 - 80 мм) определяем число каналов:

Размещено на Allbest.ru