ББК 31.363
И20
И20 Иванов В.Л. Методы расчетов теплообменных аппаратов
газотурбинных установок: Учебное пособие по курсу "Теплооб-
менные аппараты ГТУ" / Под ред. А.И.Леонтьева.-М.: Изд-во
МГТУ. 1989, 22 с.,ил.
ISBN 5-7038-0123-0
Изложены вопросы проектировании теплообменных аппаратов га-
зотурбинных установок. Рассмотрены методы проектных расчетов те-
плообменных аппаратов, удовлетворяющих требованиям заданного ги-
дравлического сопро.'ИВленил теплообменного аппарата. Показаны
‘особенности расчета теплообменного аппарата заданного габарита.
Ил.6.,табл. 4.
Рецензенты: Б.Н.Юдаев, О.И.Фрейман
ББК 31.363
Редакция заказной литературы
Вадим Леонидович Иванов
Методы расчетов теплообменных аппаратов
газотурбинных установок
Заведующая редакцией Н.Г.Ковалевская
Редактор Г.А.Нилова
Корректор Л.И.Малютина
ISBN 5-7038-0123-0	(с) МПУ им.Н.Э.Баумана, 1969
Подписано в печать 11.09.89. Формат 60x90/16 Бумага офсетная
Усл.печ.л. 1,25. Уч.-изд.л. 1«5. Тираж 200 экз. Изд. № 104
Зеказ /О&2>	Цена б коп. Л-18640 от 26.09.89.
Издательство МГТУ.типография МГТУ, *07005, Москва, Е-5,
2-я Бауманская, 5.
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНА
G - ширина матрицы, м;
С - скорость, м/с;
2) - диаметр матрицы, м;
tf - диаметр трубы, м;
d - относительный диамет. трубы;
F - площадь поверхности теплообмена, м2;
У - площадь сечения, м ;
G ~ расход охлавдалдей или натре вашей среда, кг/с;
Н — высота матрицы, м;
i ~ число ходов;
К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К);
L - длина матрицы» диффузора, конфузора, м;
( - длине трубы, м;
р - давление теплоносителя, Па;
др - потери давления, Па;
- относительные потере давления;
Q - тепловой поток, Вт;
/?- газовая постоянная, Дм/(кг-К);
7" - температура. К;
t - шаг труб в трубыом пучке, м;
об - коэффициент теплоотдачи, Вт/(1ЛК);
У _ коэффициент;
с - угол раскрытия диффузора, град;
коэффициент пропорциональности;
коэффициент фронта;
pi - динамическая вязкость, Па-с;
Д - теплопроводность, Вт/(м-К);
5* - коэффициент местных потерь;
коэффициент потерь трения;
р - плотность, кг/м13.
ИНДЕКСЫ
I - относится к первому теплоносителю;
2 - относится ко второму теплоносителю;
вх - вход;
вых - выход;
ср - средний;
г - газ, гидравлические;
ж - жидкость;
Л - Диффузор;
к - конфузор.
Введение
Теплообменные аппараты, работающие в составе газотурбинной
установки ПТУ), предназначены для реализации ее тепловой схемы
в обеспечения функционирования ГГУ как механического объекта.
К первым относят, например, промежуточные охладители компрессо-
ров, а ко вторым - маслоохладители.
В большинства своем теплообменные аппараты работают но ре-
дуператявноху принципу передачи теплоты, хотя в ПУ малой модно-
сти транспортного назначения часто используют теплообменные ап-
параты регенеративного принципа с вращающейся матрицей.
В ращуперагинном теплообменном аппарате поверхность тепло-
обмена выполняет роль разделительной стенки, отделявшей горячий
теплоноситель от холодного, и является термическим сопротивлением
на пути теплового потока,В регенеративном теплообменнике поверх-
ность теплообмена осуществляет функции промежуточного аккумулято-
ра теплоты,т.е. в цикле контакта с горячим теплоносителем поверх-
ность теплообмена негревеется,аккумулируя теплоту,а в цикле кон-
такта с холодным теплоносителем аккумулированная теплоты отдается
холодному теплоносителю .В соответствии с функциональным назначени-
ем в первом сдучае стремятся снизить термическое сопротивление
поверхности,а во втором - увеличить теплоемкость.
Кроме теплообменных аппаратов непосредственной передачи те-
плоты от горячего теплоносителя к холодасчу через поверхность
теплообмена вопольэуют аппараты с контуром промежуточного тепло-
носителя, в которых теплообменный аппарат горячего плеча работает
в контакте о горячим и промежуточным теплоносителями, а теплооб-
менный аппарат холодного плеча работает в контакте с промежуточ-
ным и холодным теплоносителями. При этом контур промежуточного
теплоносителя связывает теплообменные аппараты горячего и холод-
ного плеч. Таким образом, теплообменный аппарат о контуром про-
межуточного теплоносителя при расчете может рассматриваться как
сочетание двух отдельных теплсойгенных аппаратов равной тепло-
вой производительности со взаимосвязанными параметрами.
4
I-ТИШ РАСЧЕТОВ ТЕПЛООВЛЙИЫХ АППАРАТОВ
В инженерной практике используются проектный и поверочный
расчеты. Целью проектного расчета является определение конструк-
тивных размеров теплообменного аппарата заданной тепловой произ-
водительности при условии удовлетворения других заявленных пара-
метров, например, потерь давления в теплообменном аппарате. При
поверочном расчете исходныг." являются все раз-теры поверхности
теплообмена, а также ее теплогидравлические характеристики. В
результате расчета определяется передававши в кошфетных усло-
виях работы тепловой поток.
Поверочный расчет чаще всего используют для определения вы-
ходных параметров теплообменного аппарата: температур теплоноси-
телей на выходе, передаваемого теплового потока при режиме рабо-
ты аппарата, отличном от расчетного. Возможно также вопольвование
поверочного расчета в качестве проектного, когда теплообменный ап-
парат конструируется на основе укпфицировашшх секций его матрицы
при наборе ых в единый блок. В зил: случае задача сводится к под-
бору такого числа параллельно и последовательно расположенных
секций, при котором тепловые в гидравлические характеристики те-
плообменного аппарата приближаются к заданным.
В качестве исходных данных при проектном расчете задают те-
пловую нагрузку, расход, давление, начальные и конечные темпера-
туры теплоносителей, а также потери давления в теплообменном ап-
парате или величину поверхности теплообмена.
Первый подход - традиционный и широко используется в инже-
нерной практике: теплообме:шый еппарат проектируется на заданные
потери давления теплоносителей, что при известных расходах тепло-
носителей эквивалентно мощности циркуляционных устройств (венти-
лятор, насос и др.), обеспечивающих циркуляции теплоносителей
через теплообменный аппарат. В данном случае определяют величину
поверхности теплообмена и ее конкретные геометрические размере.
Второй подход впервые предложен профессором МВТУ пм.Н.Э.Бау-
мана В.В.Уваровым и детально разработан на кафедре "Турбострое-
ние": в качестве исходной задается величина поверхности тепло-
обмена или связанный с ней через коэффициент ко*шаьтносги объем
матрицы теплообменного аппарата, а определяется иициость цирку-
ляционных устройств. Принципиальные достоинства такого подхода:
возможность заранее предписать теплообменному аппарату опреде-
ленный габарит и даже капитальную стоимость (по условиям компо-
5
ловки ГГУ и технико-экономическим показателям) и выбрать его
оптимальный режим работы» при котором реализуется минимальный
уровень потребной мощности привода циркуляционных устройсти. В
пособии анализируется первый подход.
2. РАСЧЕТ ЮТООНЛЖНОГО АППАРАТА НА ЗАДАНИЕ ПОТЕРИ
ДАВЛЕНИЯ ПО ОДНОМУ ТЕПЛОНОСИТЕЛЮ
Такой метод расчета характерен для сочетания теплоносителей
газ-жидкость, так как в этом случае определяющей является цирку-
ляционная 1’Склность по газообразному теплоносителю и ей эквивалент-
ные потери давления, тогда как по жидкости циркуляционная мощность
оказывается существенно нахе и мало изменяется при вариантных
расчетах теплообменного аппарата.
Метод расчета поясняется на примере теплообменного аппарата
с гладкотрубкоа матрицей, в которой газообразный теплоноситель
движется в трубах (режим - турбулентный). Для тонкостенных труб,
используемых в теплообменных аппаратах ПУ, обычно пренебрегают
термическим сопротивлением стенки трубы и коэффициент теплопере-
дачи представляют в приближенной форме
При <х4 - с/*, оС? - схг , с^.»<ХГ. характерных для турбулентного
режима движения теплоносителей,выражение (I) можно представить
в виде
/<=^-аг	(2)
(коэффициент пропоршюналькости можно принять £^0,9?.,.0,98).
Это создает определеянне удобства для расчета, позволяя на основ-
ной стадии расчетов оперировать только одной скоростью - скоро-
стью газообразного теплоносители.
Для турбулентного режима течения в канале коэффициент теп-
лоотдачи описывается зависимостью
кхяхян® при	7^= со mt можно представить в ввде<х^ С .
где _/3 - некоторая константа. Тогда коэффициент теплопередачи
(4)
Для дальнейшего расчета необходимо использовать уравнения
теплопередачи, поверхности трубного пучка и расхода, записан-
6
пне соответственно в следутацем видег
_ ... „
Q=4af> С. г,
(5)
(6)
(7)
Z,
Gr^^frC.^.
которые при совместном реше ни дают вщ>атение относительной длина
трубы 4/dH '1%ц(>жлх> пучка	_ci
L Q Jr ^о,2
~ (й
Гидравлическое сопротивление трубного пучка о учетом (8) описы-
вают зависимостью	_ _
.	С Л ,,, Л с
4Gr с' '~2~	19>
Принимая для турбулентного режима коэффициент сопротивления тре-
ния по Блазиусу Г -	, зависимость (9) можно представить в
I То ьгр ч&>
виде
Q
Др-($	1- Гг» л
£с вих 4 Р

По этой зависимости определяют значение скорости Сг , при кото-
ром гидравлическое сопротивление трубного пучка -^/к. Одна-
чо поучить точное аналитическое решение уравнения (Юу относи-
тельно скорости Сг не представляется возможным. Учиияеая ранее
принятую линейную связь даэффиилентов теплоотдачи и теплопереда-
чи, стискивают приближенное решение (можно принять С л =1,0).
Тогда уравнение (10) легко решаете^ относительно
(II)
В теплообменном аппарате происходят изменения давления на
поток газообразного теплоносителя при тепловом воздействии: раз-
гон потока при нагреве приводит к падению давления, а тормонение
потока при охлаждении вызывает восстановление давления. Измене-
ние давления при тепловом воздействии описывается зависимостью
др =р С	-р с2
т^л Jssc	Jt'vx rft(X
Для теплообменного аппарата с постоянной тепловой нагруэ-
кой £if^a=const. Поэтому исходные условия для расчета его мат-
рицы можно задать в виде гидравлического сопротивления трубного
пучка, определенного с учетом . при втом падение давления
в матрице выбирают на основании принятого но условиям задания па-
дения давления в теплообменном аппарате по срезам патрубков ва
вычетом падения давления в патрубках. Если габариты патрубков
специально не ограничены, то патрубки проектируются самостоятель-
но на заданные потери давления. Обычно потери давления в патруб-
ках лР составляют не более 5...10$ от полных потерь давления
в теплообгЕкноя аппарате.
Расчет теплообменного аппарата проводят в следукцем порядке;
I. По зависимости (II) определяют скорость Сг .
2.	Проверяют значение критерия Рейнольдса для течения в
трубе. Если .-?£• £ 10 v, то величина поверхности теплообмена
г Q ‘
(12)
дне zT’ - средний логарифмический температурный напор.
Выражение (12) мокко применить и для переходной области
(2-I0®s/?eг,-Ю4), но величину поверхности, определенную по
впраяепию (12), следует умножить на поправочный коэффициент ^”z,
определяемый но табл.1.
Таблица I
качения поправочного коэффициента
3.	Определяют геометрические размеры трубного пучка. Для
этого рассчитывают объем трубного пучка путем деления подучен-
ной по выражению (12) поверхности теплообмена на коэффициент
компактности д’ . Затем по уравнению расхода находят сечение по
фронту трубного пучка
что позволяет определить длину трубного дучка
8
(14)
где V - объем трубного пучка; площадь сечения по фронту;
L - длина трубного пучка.
4.	Рассчитывают скорость жидкости При одноходовой про-
тивоточной схеме и известном расходе жидкости
С --7——-------------	(IS)
J<pp
Скорость жидкости обито выбирают в диапазоне 0,5...2 м/с.
Если скорость не укладывается в указанный диапазон, то на
изменение скорости можно воздействовать через ксзйфпциент живого
сечения: для трубного пучка - за счет изменения относительного
шага, в более широких пределах изменения скорости введением по
жидкости члена ходов больше едааяда.
5.	Определяют уточненное значение коэффициента теплопередачи.
Для этого рассчитывают число Рейнольдса жидкости,
и, наконец, по выражению (I) - К .
6.	Находят уточненное значение гидравлического сопротивления
трубного пучка по газовой стороне, для чего (10) записывают в
аде	п -/^2 о г2
.$	-°	(10а>
г 1 Л- Ч/.^' р * 4Gr ' 2
Поправочный коэффициент на температурный напор для противоточной
схемы =1, в других случаях определяг т по известным в тепло-
технике зависимостям.
7.	Определяют уточненное значение поверхности теплообмена
r= С'
ЛТ К '
8.	Если полученное по выразогага (10а) гидравлическое сопро-
тивле'ше трубного пучка соответствует условиям задания, расчет
теплообмена в трубном тучке следует считать законченным. Далее
по известным из гидравлики зависимостям определяют потери напора
жидкости в полном соответствии с реализуемой скоростью движения
жидкости и геометрией тракта жидкости в матрице теплообменного
аппарата,
9.	При гидравлическом сопротивлении трубного пучка, не со-
ответствующем условиям задания, требуется провести повторный
расчет теплообменника, приняв скорректированное значение Сг
(при превышении сопротивления несколько понизить скорость и
наоборот). Скорость жидкости следует принять из предыдущего
расчета. Определив новые значения Af,no формуле (10а) на-
ходят уточненное значение и, если оно удовлетворяет заданию,
завершают расчет. Обычно бывает достаточно двух коррекций скоро-
сти Сг .
3. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТЕГОЮОНЕННОГО АППАРАТА
ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНО»! СХЕМЕ ДОЯИШЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ ГАЗ-ГАЗ
При параллельной схеме движения теплоносителей между скоро-
стями теплоносителей С{ и Сг устанавливается жесткая связь,
характеризуемая линейной зависимостью
Г - -J-	Я г	(161
6,	Л <, ' 	‘ 1
И^ленить количественное соотношение скоростей можно либо перехо-
дом к другим значениям коэффициентов фронта	, либо
изменяя числа ходов </ и .
Потери давления по каждому из теплоносителей:
ЪЛ <	<т
В общем случае длина хода первого теплоносителя может
отличаться на некоторую постоянную величину от длины хода Ьг
второго теплоносителя, что определяется конструкцией теплооб-
менного аппарата. Из уравнений (16),(17) и (18) следует, что
между потерями давления существует жесткая связь. Поэтому нельзя
одновременно удовлетворить требования по Aft и /1^ , если
и &р2 заранее не согласованы. Следовательно, при параллельной схе-
ме движения расчет теплообменного аппарата можно вести на заданные
потери давления лишь по одному теплоносителю или на суммарные по-
теря давления по двум теплоносителям.
Так как для теплообменных аппаратов ГГУ характерным являет-
ся существенно различный уровень давлений Р> п /3 , то сумми-
рование потерь давления я дР не имеет смысла. В то же время
сумма относительных1 потерь давления циклового теплообменного ап-
парата ГГУ, например регенератора теплоты.является важной ха-
рактеристикой, используемой при расчете цикла ГСУ.
Расчет проводят в следующем порядке:
I.	Задаются 3...5 значениями скорости Q в диапазоне
IC...30 м/с для воздуха в дымовых газсв или в диапазоне 40...
10
70 м/с для гелия. По уравнению (16) определяют взаимосвязанный
рад скоростей Сг . По зависимости (3) вычисляют значения коэффи-
циентов теплоотдачи и с/ , а по (I) - коэффициент теплопере-
дачи А' ,
2.	По уравнению теплопередачи находят соответствующие зна-
чения поверхности "тепхообмеяа F , а затем через коэффициент ком-
пактности значения объема матрицы теплообменного аппарата.
3.	На основании уравнения расхода определяют площадь сечения
фронта	_ Q{
а аатем длину матрицы теплообменного аппарата
L’^Jn
Исхода из конструктивных соображений, устанавливают коли-
чественную связь меаду 4/ и 4- и определяют 4? ,
4.	По уравнениям (17) и (IB) определяют потери давлениях!/}
И 4/2,.
6. Результаты расчета представляют в графической форме в ви-
де зависимостей &p~f(C)v F=V>(C) , пример которых показан на
рис.1. Если точка /7 на кривой хз/2 =J~(C) соответствует условиям за-
дания, то скорость Cif) является расчетной.
Рис.1. Результаты расчета теплообменника: I - поверхность
теплообмена Р , 2 - потери давления ар , з - потери
давления Afy
6. Для расчетной скорости, если ова не совпала с какой-либо
из скоростей Q . принятых в начале расчета, выполняется вся
процедура расчете, начиная о п.2.
II
4. РАСЧЕТ ТЕГО100ШЕН1ЮГ0 АППАРАТА ПЕРЕКРЕСТНОЙ СХЕМЫ
НА ЗАДАННЫЕ ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ
При перекрестной схеме движения теплоносителей между их ско-
ростями нет жесткой взаимосвязи, что позволяет варьировать ско-
ростям: и обеспечивать в проектном расчете любой предписанный
уровень гидравлических потерь давления по каждому из теплоноси-
телей.
Основные положения расчета удобно рассмотреть на примере
трубчатой матрицы в форме параллелепипеда (высота Н , ширина/?
п длина X ), показанной на рис.2. Среда Gt движется в трубах,
а среда обтекает трубный пучок в поперечном направлении.
1
1
Рис.2. Геометрические размеры матрицы теплообменного
аппарата
На основании уравнения Бернулли можно установить связь меж-
ду скоростью газа в трубе, потерями давления и длиной трубы
 1191
'‘Р1С1 txi Utxi}
Тогда для некоторой произвольной скорости С{ объем матрицы
V=H &L = „ G,c^-L ,	(20)
а соответотцуищая ему поверхность теплообмена
F=X/-KV .
Записывая выражения для коэффициентов теплопередачи в виде
xi
1
в, применяя уравнение теплопередачи, можно поручить зависимость,
связывающую скорости и С,
на основании которой в явной форме определяют функциональную
зависимость скорости С, от скорости сл
г./Д- С™ 1 !,	,,,,
Л	™
Для трубного пучка коридорного типа можно принять т =0.8, п =
=0,65.
Если известна скорость Сг , то по уравнению расхода
можно определить плошаль сечения фронта матрица по стороне те-
плоносителя
1231
Но тан как L уже известна из (19), то соотношение (23) позволяет
определить высоту матрицы Н . А при известном объеме матрицы с
помощью Н и L можно вычислить ширину матрицы
& =	(24)
H.L ’
Следоветельно, можно определить потери давления теплоносителя
4/? . обтекающего трубный лучок в поперечном направлении. Для
теплоносителей типа воздуха и дымовых газов потери давления оп-
ределяют зависимостью
a -e,2i -с it Р, С,
------	(25)
Уравнения (19)...(25) представляют собой замкнутую систему,
состоящую из семи уравнений с семью неизвестными др, ,Д£,
С. , С, ,L ,Н ,в й гложет быть реиена. Сднако получить ре-
шение в явном виде невозможно; поэтому используется метод вари-
антных расчетов.
Расчет выполняют в такой последовательности:
I.	Задаются 3...5 значениями скорости Cf , по уравнению
(22) находят взаимосвязанные значения скорости Сг .
2.	На основании зависимостей (19),(20),(23),(24) опреде-
ляют «-< , р , //, 5 .
3.	По уравнению (25) рассчитывают потери давления др.
13
4.	Результаты расчета представляют в графической форме,
как показано на рис.З.
Рис.З. Результаты расчета теплообменного аппарата перекрестного
тона: I - скорость С, , ширина матрицы <8 , относитель-
ные потери давления др* , длина матрицы L , объем мат-
рицы V , высота матрицы н
Очевидно, что все варианты теплообменных аппаратов,пред-
ставленных на рис.З, перелают заданный тепловой поток Q и име-
ют постоянное расчетное значение потери давления др^ - Но лишь
один вариант, характеризуемый точкой в , полностью соответству-
ет условиям задания - теплообменный аппарат имеет заданные поте-
ри давления но двум теплоносителя}.?.
В конструктивном отношении теплообменный еппарат, выполнен-
ный по схеме простого перекрестного тока, является наиболее
простыл и не требует перепускных поворотных патрубков, внутрен-
них перегородок в матрице. Кроме того, в этом аппарате выше
степень использования перепада давления теплоносителя, связан-
ного в основном с реализацией определенного уровня скоростей
течения теплоносителя внутри матрицы. Однако многоходовые схемы
перекрестного тока при фиксированных начальных и конечных тем-
пе».-урах теплоносителей характеризуются более высоким уровнем
’“мпературного напора, определявшего расчетную поверхность те-
14
плообмена.
Если использование многоходовой схемы перекрестного тока
заранее не предписано, то в качестве первого исходного варианта
принимают схему простого перекрестного тока, а затем решают во-
прос целесообразности перехода к многоходовый схемам. Ниже при-
водится анализ результатов расчета теплообменного аппарата пе-
рекрестного тока, характеризуемого следуюдамЕ параметрами: G -
тепловая производительность Q =6,4-10® Вт; Gt , Gj - расхода
теплоносителей (воздух) Gt = Z£=25 кг/с;	температуры
входа в выхода для горячего теплоносителя соответственно 7^=
=700 К, 7^д<д.=450 К;	- плотность =5 кг/м3; Т,ее •
температуры входа и выхода для холодного теплоносителя соответ-
ственно Q=400 К,	К; Л ’ плотность J7, =
=Ф, 5 кг/м1-1, ДРЯ , Л - заданные относительные потери давления
по горячецу и колодному теплоносителям Д pf  О,С2,
Др^ =0,025,
Матрица теплообменного аппарата составлена из гладких труб
с коридорным расположением (наружный диаметр трубы dH =0,012 м,
внутренний диаметр трубы в^=0,01 м, шаг труб в трубном пучке
‘ =0,015 м). Горячий теплоноситель движется в трубах.
Результаты расчета теплообменного аппарата простого пере-
крестного тока приведены в табл. 2, а в графической форде -
;на рис.З.
Таблица 2
Результаты расчета теплообмеиюго аппарата
Наименование параметра	Обозна- чение	Единица изморе- НИЯ	Варианты расчета		
			I	П	
Скорость	Q	м/с	8	8,5	9
Скорость		м/с	7,36	8,75	13,87
Относительные потери давле- ния		-	0,0235	0,032	0,0966
Длина	L	м	27,45?	24,69	22,278
Высота		м	1,236	1,156	0,81
Ширина	&	м	1.4489	1,455	1,965
Объем	V	м3	49,1?	41,559	35,450
Как следует из табл.2, условиям задания практически соот-
ветствует теплообменный аппарат с расчетной скоростью Ct =
=8 м/с. Однако следует обратить внимание на слишком большую
длину матрицы. Длину матрицы можно сократить введением с>/ по
стороне теплоносителя G} .
Вели, сохраняя скорость =8 vjc и относительные потери
давления 4/} =0,02 но теплоносителю Gt , ввести два хода, то
суммарная длина двух лодов (вследствие введения сопротивления
одного поворота на 180°) уыеньиится и станет равной 26,? м, а
длина матрица 13,35 к. Суммарная площадь сечения фронта по
стороне Gz возрастет вдвое. Следовательно, объем матрицы несколь-
ко уменьшится к составит 47,8 м^. Для сохранения заданной тепло-
вой нагрузки коэффициент теплопередачи должен возрасти незначи-
тельно, м соответственно скорость по второму теплоносителю воз-
растет до =Я,44 м/с. Поэтому площадь фронта по стороне
практически не меняется, что соответствует новой высоте матрицы
Н =2,5 м и по существу прежней ее ширине 8 =1,43 м. Этим повил
условиям соответствует также несколько возросшее значение отно-
сительных потерь лрг =0,0236.
Введение трех ходов по стороне теплоносителя Gt приводит
к следующим результатам: Z =8,67 м; А/ =3,84 м, 8 =1,4 м, V =
=46,6	=0,0252, С? =7,52 м/с.
На рис.4 показана трансформация размеров матрицы, связан-
ная с изменением числа ходов. Можно заметить, что ска сопровож-
далась медленным увеличением сопротивления Лр. от 0,0235 до
0,0252 (по существу любой из трех вариантов теплообменного аппа-
рата при скорости Cj =8 м/с соответствует условиям задания).
Пбэтсьу окончательным шагом должен явиться выбор проектного ва-
рианта и, если требуется, уточнение его расчетных характеристик.
5.	ОСОБЗШОСТИ РАСЧЕТА ТЕШЮОЕМЕННОГО АППАРАТА,
ГАБАРИТ КОТОРОГО ОГРАНИЧЕН
Часто по условиям компоновки теплообменного аппарата цикло-
вого функционального назначения на ГТУ ему предписывается пре-
дельный габарит. Это означает, что между длинами дяффузора ъ ,
матрицы LM , конфузора и полной длиной теплообменнбго ап-
парате Z устанавливается жесткая связь (рис.5)
Z^ +£*,	-L.	(26)
при которой изменение любого из размеров приведет к изменению
размеров других элементов.
17
Рис.5. Геометрические размеры теплообменного аппарата
с входным и выходным патрубка и
Гидравлические потери давления з каждом из зтих элементов
зависят от их геометрических размеров. А при взаимной геометри-
ческой связи изменение размеров любого из трех элементов отра-
зится на изменении давления в теплообменном аппарате.
При одинаковых геометрических размерах диффузора и конфу-
зора последний характеризуется существенно менывим гидравличе-
ским сопротивлением. В связи о этим в конструкции теплообменного
аппарата большее вникание уделяется конструированию диффузорного
патрубка, и. есви появляется возможность, в первую очередь уде-
ляют внимание удучшенлю его геометрической форды. Поэтому огра-
ничивахвдее условие (26) можно записать в виде
L -Ln+ L const,	(27)
т § *
L* = CCnst,
и выбор геометрических размеров элементов в пределах фиксирован-
ного габарита свести к взаимному согласованию размеров Д, в
. *
Влитие ограничивающего условия (27) на результаты расчета
г.»пю показать на примере конкретного теплообменного аппарата,
например, промежуточного воздухоохладителя ГГУ.
Он предназначен для охлаадения воздуха между каскадами ком-
прессоров от 4IC до 305 К. Давление воздуха на входе в тепло-
ооменяый аппарат ,^.0,35 МПа, расход воздуха G =2,? кг/с. Те-
плообменный аппарат охлаждается водой, которая нагревается в
нем от 268 до 305 К.
18
Принимают конструкцию теплообкенного аппарата с глалкотруб-
ной матрицей цилиндрической Форш и коническим диффузором. На-
ружный к внутренний дпаметр труб &н =0,012 м. <7^=0,010 м, коэф-
фициент фронта, отнесенный к проходноцу сечению труб =0,502,
скорость воздуха (воздух движется в трубах) на входе в диффузор
=40 м/с. Суммарная длина диффузора и матрицы LT =1 ы.
По условиям задания не оговорены значения гидравлических по-
терь в теплообменном аппарате.
Проектный расчет целесообразно построить в виде вариантного.
В качестве варьируемого параметра принимают скорость воздуха в
матрице G* • 3 предварительных расчетах поправочный коэффициент
^=0,99.
Расчет построен на основных положениях, изложенных в преды-
дущих разделах пособия.
По зависимости (6) определяют относительную длину труб
в трубном пучке, а затем абсолютную величину 1^;
По зависимости (9) находят потери давления в матрице.
Диаметр на входе в конический диффузор (плотность воздуха
принята но входным параметрам теплообменного аппарата)
9 (W cs Р ' -
Определяют диаметр матрицы теплообменника
л _-/JL________________________)«"
^( Я- с„ j> ?„.) ,
длину я угол раскрытия диффузора и <Г :
Потери давления в диффузоре зависят от его геометрических раз-
меров и описываются следующей зависимостью:
Коэффициент диффузора зависит от угла раскрытия и , значения
которого приведена в табл.З.
19
Таблица 3
Значения коэффициента т диффузора
гоад		5	7.5	10	15	20	30	40	60	90	180
	0,18	0,13	0,14	0,16	0,27	0,43	0,81	1,03	1,21	Х,12	1,0
Основные результаты расчета теплообменного аппарата приве-
дены в табл.4 и показаны на рис.6.
Таблица 4
Резузг таты проектного расчета воздухоохладителя
заданного габарита
Панненованяе параметра	Обоэна-	Единица	Варианты расчетов			
		кия	I	Л	Е)	1У
Скорость Б матрице		м/с	10	15	20	25
Относительная длина			134	96	76	64,38
Длины		и	0,804	0.58	0,46	0,386
Диаметр мат- рицы		м	0,45	0,37	0,32	0,286
Угол раскрытия диффузора	г	град	71,8	27,9	16,8	11,7
Потери давле- ния в диффу- зоре	*р>	Па	2382	III6	413	208
Потери давле- ния в матрице		Па	823	1273	1766	2326
Суммарные потери дав- ления	л у	Па	320S	2389	2179	2534
Объем матрицы			0,129	0,062	0,0436	0,0248
На основании результатов расчета можно оделять следумщие
выводы:
I. Увеличение скорости в матрице сопровождается умень-
шением ее длины, диаметра, возрастанием потерь давления, а также
увеличением длины диффузора, уме>~ меняем угла его раскрытия и
соответственно снижением потерь влепил в диффузоре.
Рио.6. Результаты расчета теплообменного аппарата
(воздухоохладителя) с фиксированным размером
длины Lr
2х Суммарные гидравлические потери &РГ в блоке диффузор-
матрица с увеличением скорости Сн уменьшаются, достигая неко-
торой минимальной величины, а затем вновь возрастают.
3. Минимальное значение суммарных гидравлических потерь
зависит от исходных данных проектного расчета, в частности диа-
метра труб, шага трубного пучка, длины теплообменного аппарата^
и не мокет быть изменено без изменения исходных данных.