В элементах подогревателей, где происходит изменение агрегатного состояния пара (конденсация), скорость пара мала, и можно считать, что теплообмен происходит при неподвижном паре. В этих условиях основными факторами, определяющими интенсивность теплообмена, являются скорость течения и толщина плёнки конденсата, образующегося на трубах.

Средняя плотность потока через поверхность нагрева

Значение числа Рейнольдса для определения режима течения плёнки конденсата

Следовательно, коэффициент теплоотдачи может быть определен по формуле Нуссельта с поправкой на волновое движение пленки.

Средняя температура стенки трубок

Найдем значения теплопроводности и динамической вязкости по температуре стенки

Поправка на волновое течение пленки

Средний температурный перепад в слое пленки конденсата со стороны греющего пара

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенкам трубок

Коэффициент теплоотдачи от стенок труб к конденсату

Для расчета теплообмена необходимо выбрать скорость движения среды. Увеличение скорости улучшает условия теплообмена, что приводит к снижению площади требуемой поверхности, т.е. к снижению стоимости регенеративных подогревателей. В то же время с увеличением скорости возрастает гидравлическое сопротивление движению жидкости.

Принимаем скорость движения воды в трубах

Число Рейнольдса для конденсата, движущегося внутри труб

Коэффициент теплоотдачи  - от стенок труб к конденсату

Коэффициент теплопередачи

Для тонкостенных труб, применяемых в регенеративных подогревателях, с достаточной степенью точности можно определить коэффициент теплопередачи по формуле для плоской стенки:

Пересчет площади поверхности теплообмена

Определение основных геометрических характеристик.

При конструкторском расчете регенеративных подогревателей некоторые их геометрические характеристики (число труб, шаг их, диаметр трубной доски и ряд других) должны быть предварительно выбраны.

При принятой скорости движения воды и известных параметрах ее на входе в подогреватель число труб при одном ходе:

При четырехходовом движении воды общее число трубных концов, развальцованных в трубной доске:

Средняя длина труб:

Шаг труб при размещении их в трубной доске

Принимаем диаметр трубной доски, соответствующий внутреннему диаметру корпуса из прототипа Dвн=1,6 м.

Коэффициент заполнения трубной доски:

Площадь трубной доски:

Гидравлический расчет.

Задачей гидравлического расчета подогревателей является определение их гидравлического сопротивления. Для любого элемента или участка подогревателя гидравлическое сопротивление:

.

Здесь  – определяет гидравлические потери, возникающие при движении теплоносителя за счет трения о стенки труб,  – гидравлические потери при движении теплоносителя, вызванные местными сопротивлениями (поворотами, сужениями или расширениями и др).

Значение коэффициента сопротивления трения l зависит от шероховатости стенок труб D и от режима движения теплоносителя, определяемого числом Re. С достаточной степенью точности это значение может быть определено из выражения:

,

где D для стальных труб равна 0,2 мм, для латунных – 0,01 мм.

Расчет ведем по методике [5,6].