В первом расчете (при t_ст.1¹ = 60⁰С)

альфа_к¹ = 1,15⁴√(94,5*825²*0,114³*3600)/(0,354*1,02*10^-4*20,1*1) = =953,5ккал/м^2.часК

Во втором расчете (при t_ст.1¹¹ = 50⁰С)

альфа_к¹¹= 1,15⁴√(94,5*829²*0,115³*3600)/(0,372*1,02*10^-4*30,1*1) =

 = 859ккал/м^2.часК

2.3. Расчет коэффициента теплоотдачи от воды к стенке трубки.

Предварительно определяем режим течения воды в трубках.

Число Рейнольдса

Re= W_вd_вн/ν,

где W_в– скорость воды в трубках;

 d_вн – внутренний диаметр трубок;

 ν = 0,845*10^-6м^2./с кинематический коэффициент вязкости воды при средней температуре 27,2⁰С (таблица №1, Приложение).

W_в=G_в/(n*(πd²_вн/4)ρ)=4*9450/(25π0,021²*1000*3600) = 0,303м/c,

где n = 25 – число трубок в одном ходе теплообменника;

 ρ = 1000кг/м³ - плотность воды;

 d_вн = 0,021м - внутренний диаметр трубок.

Тогда, число Рейнольдса равно

Re=W_вd_вн/ν=0,303*0,021/0,845*10^-6=7530

Режим течения воды турбулентный и поэтому коэффициент теплоотдачи от воды можно определить по зависимости [4]

Nu=0,021 Re^0,8*Рr^0,43(Рr/Рr_ст)^0,25

или же по видоизменённой упрощенной зависимости, позволяющей произвести расчет коэффициента теплоотдачи от воды по зависимости [1]

альфа_в= А₅W^0,8_в/d_вн^0,2.

В этих зависимостях

альфа_в – коэффициент теплоотдачи от воды к трубке;

Nu=альфа_в d_вн/λ- критерий Нуссельта;

Рr= μc_р/λ - критерий Прандтля (учитывает физические свойства теплоносителя) при средней температуре теплоносителя;

Рr_ст - критерий Прандтля при температуре теплоносителя равной температуре стенки ;

-λ - коэффициент теплопроводности воды;

ρ - плотность воды;

с_р - теплоёмкость воды.

Физические параметры теплоносителя –воды берутся при его средней температуре –t_в = 27,2⁰С

А₅ = 1863(таблица№3, Приложение).

Тогда, коэффициент теплоотдачи от воды к трубке

альфа_в= А₅W^0,8_в/d_вн^0,2. = 1863*0,303^0,8/0,021^0,2 =1552ккал/м²часК = =1806Вт/м²К

2.4.Учтем в расчете также и термическое сопротивление стенки трубок, а также термическое сопротивление загрязнений со стороны бензола и со стороны воды.

R= R_загр.б+R_ст+R_загр.в.

Термическое сопротивление стальной трубки толщиной 2мм при коэффициенте теплопроводности стали λ = 40ккал/м*час*К равно:

R_ст= δ/ λ=0,002/40 = 0,00005м^2.часК/ккал,

а сумма термических сопротивлений загрязнений со стороны бензола, со стороны воды и термосопротивления стенки равна

R=R_загр.б+R_ст+R_загр.в.=0,0001+0,00005+0,0007=0,00085м²часК/ккал

2.6. Рассчитаем удельные тепловые потоки от бензола к стенке со стороны бензола и от стенки трубки со стороны бензола к воде в обоих вариантах расчета кожухотрубчатого теплообменника.

q₁=альфа_к*(t_к-t_cт.1) – мощность удельного теплового потока от бензола к стенке трубки.

В первом расчёте

q₁¹ = 953,5*(80,1-60) = 953,*20,1 = 19165ккал/м²час

Во втором расчёте

q₁¹¹=859*(80,1-50) = 25856ккал/м²час

q₂¹= (t_cт.1—t_в)/(R + 1/альфа_в) – мощность удельного теплового потока от стенки трубки к воде. В этом уравнении (R + 1/альфа_в) = 0,001494м²часК/ккал – термическое сопротивление от наружной стенки трубки к воде, движущейся внутри трубки.

В первом расчёте

q₂¹ = (60-27,2)/(0,00085+1/1552) = 21954ккал/м²час

Во втором расчёте

q₂¹¹ = (50-27,2)/(0,00085+1/1552) = 15261ккал/м²час

Итак, имеем

Для обеспечения теплового баланса мощность удельного теплового потока от бензола должна быть равна мощности удельного теплового потока от трубки к воде.

Используем полученные расчетные данные для записи мощности удельных тепловых потоков в виде линейных зависимостей от температуры.

q₁=а₁+в₁t_ст.1;

19165 = а₁+в₁*60 Из системы уравнений получим а₁ = 59311; в₁ = -669,1

25856 = а₁+в₁*50

q₁ = 59311-669,1*t_ст1 – Уравнение для мощности удельного теплового потока от бензола                                                                                                  (1)

q₂= а₂+в₂*t_ст1;

21954=а₂+в₂*60  Из системы уравнений получим а₂=18204; в₂=669,3

15261=а₂+в₂*50       

q₂=-18204+669,3*t_ст.1 -  Уравнение для мощности удельного теплового потока от стенки к воде                                                                                            (2)

Решаем совместно 1 и 2, полагая q₁=q₂, и получаем

59311-669,1t_ст.1=- 18204 +669,3t_ст.1

t_ст.1=57,9⁰С

3. Проводим проверочный тепловой расчет кожухотрубчатого теплообменника при температуре наружной поверхности стенки трубки t_ст.1=57,9⁰С