Гидравликалық майлар анықтамасы

Кемшіліктері: жоғары қысымда қолданудың мүмкін еместігі; төсемдердің берік материалдардан жасалатындығы.

 

 

сурет пластиналы аппараттың сұлбасы:

1,2,11,12 – штуцерлер; 3 – алдыңғы тіреуіш; 4 - жоғарғы  бұрыштық тесік; 5 – сақиналы резиналы  төсем; 6 – шекаралық пластина; 7 –  қарнақ; 8 – жылжымалы тақта; 9 –  артқы тіреуіш; 10 – бұрама; 13 –  үлкен резиналы төсем; 14 – төменгі бұрыштық тесік; 15 – жылу алмасу пластинасы.

Жұмыс жайында пластиналардың бір тобы 3 – суретте көрсетілген.

3 – сурет. 

Пластиналы жылу алмастырғыштарда қолданылатын пластиналардың түрлері  өте көп. Жазық пластиналарға  қарағанда ағынды-таспалы типті пластиналардың қатаңдығы көбірек болады. Пластиналарда бүктесіндер (гофралар) көмегімен ирек саңылау тәрізді пластина аралық каналдарда жұмысшы орталар ағынларының төмен жылдамдығына қарамастан турбуленттігі қамтамасыз етіледі.

Ағынды-таспалы пластинаның кең тараған түрі үшбұрышты синусоидалды немесе басқа профильді көлденең бүктесіні бар пластиналар.

Осындай пластиналар  құрылыстары бөлшектер өлшемдері  мен пішінлерінің әртүрлі болғандығына қарамастан, олардағы мерзімді қайталанытын бүктесінді пластинаның кіші бетіне параллель орналасады. Пластиналар арасындағы сұйық ағынның пішіні бүктесінді канал пішініне ұқсас болады да жылу алмасу беті көлденең бағытта шаяды.

 

 

4.5.2 Пластиналы жылу алмастырғыштың жобалау

Пластиналы жылу алмастырғыштын жобалау есептеуін орындау төмендегі берілгендері белгілі болу қажет:

Көлемдік өнімділігі  V_cағ = 2000 л/сағ

Майды буландыру температурасы t₂ = 70 ^оС

Майдың бастапқы температурасы t₁ = 10 ^оС

Ыстық судың бастапқы температурасы t′_г = 80 ^оС

Ыстық судың соңғы  температурасы t′′_г = 15 ^оС

Ыстық судың еселігі n = 6

Майдың аппаратқа кіруіндегі қысымы р₁= 0,15 МПа

Майдың аппараттан шығуындағы қысымы р₂ = 0,10 МПа

Жылулық есептеу. Судың  орташа температурасы (t′_ор):

t′_ор= 0,5 ∙ (t′_г+ t′′) = 0,5 · (90+20) = 55⁰С

1. Судың  орташа температурасы t′_ор бойынша қосымшаның кестесінен жылу физикалық қасиеттерін табамыз:

ρ=985,6 кг/м³;с=4,203 Дж/ (кг · град); λ=0,6548 Вт/(м · град);υ= 0,515 ·10^-6м²/с;

μ=505 ·10^-6Па· с;Pr=3,25

2. Сүттің орташа температурасы (t_ор):

t_ор= 0,5 ∙ (t₁+ t₂) = 0,5 ∙ (15+ 75) = 45⁰С

3. Сүттің  орташа температурасы t_ор бойынша қосымшаның кестесінен жылу физикалық қасиеттерін табамыз:

ρ=1018,8 кг/м³;с=3,918 Дж/ (кг · град); λ=0,570 Вт/(м · град);υ= 0,920 ·10^-6м²/с; μ=942 ·10^-6 Па· с; Pr=6,10

4. Х18Н10Тболаттан жасалған «ПР-0,2»  пластиналар үшін техникалық сипаттамаларын анықтаймыз:

• Бір пластинаның жылу алмасу беті F₁=0,2 м²;

• Пластиналар арасындағы каналдың эквивалентті диаметрі d_э=7,5 мм
• Бір каналдың көлденен қима ауданыf=0,0016м²;
• Каналдың ұзындығы, L_п=0,44 м
• Бұрыштық тесіктің диаметрі D_у=100 мм
• Пластинаның қалындығы δ _ст=1 мм
• Болаттың жылу өткізгіштің коэффиценті  λ =15,9 Вт/(м · град);

5. Жылу алмастырғыштың жылулық жүктемесі (Q):

Q = G₁∙c₁∙ (t₂– t₁) = ρ· V_c∙c∙ (t₂– t₁) = ρ· (V_ч/3600) ∙c∙ (t₂– t₁) =

= 1018,8 · (5/3600) · 3,918 · (75-15) = 332,64 кВт 

6. Ыстық судың қажетті  массалық мөлшері (G₂)

G₂=

= =1,131 кг/с

7. Ыстық судың көлемдік мөлшері (

= 1,131 / 985,6 = 0,00115 м³/с

8. Бір бағытта қозғалатын ыстық сумен сүт арасындағы орташа температуралық тегеурінді (∆t)анықтаймыз:

– температуралардың үлкен айырмасы

= =90-75=25⁰С

– температуралардың  кіші айырмасы

= = 20-14= 6⁰С

∆t =

= = =13,3⁰С 

9. Пластиналар арасындағы каналдағы майдың орташа жылдамдығы (w_c)

w_c=

= = 0,868 м/с

10. Майдың ағыны үшін Рейнольдс критерийі (Re_c)

Re_c =

= =7077 

11. Гидравликалық кедергі коэффицентің (ξ_с) анықтаймыз:

ξ_с =

2,442

12. Сүттің  орташа температурасыбойынша Pr_c= 6,10 Прандтль критерийі жоғарыда анықталған. Қабырғаның орташа температурасы:

t_ор= 0,5 ∙ (55+45)= 50⁰С

Қабырға жанындағы  қабаттың Прандтль критерийінің мәні Pr_қ =5,00

13. Берілген пластиналар үшін сүт қозғалысының Рейнольдс  саны 50< Re < 20000 аралығында болғанда Нуссельттін критерийлі  теңдеуі келесі түрде болады:

Nu_c = 0,135 ∙ (Re_c)^0,73 ∙( Pr_c)^0,43 ∙ (Pr_c / Pr_қ)^0,25 = 0,135 ∙ 7077^0,73 ∙ 6,1^0,43 ∙ (6,1/ 5,0)^0,25

=0,135 ∙ 646,2 ∙  2,176 ∙ 1,051=199,5

14. Nu_c  саны бойынша сүт жағындағы жылу бері коэффицентін анықтаймыз:

α₂=Nu_c ∙ λ / d_э=199,5 · 0,570 / 0,0075 = 15162 Вт/м² · град 

15. Пластиналар арасындағы каналда судың орташа жылдамдығы  (w_cy):

 

w_cy =

= = 0,719 м/с

16. Cудың ағыны үшін Рейнольдс критерийі (Re_cу)

Re_cу =

= = 10471 

17. Гидравликалық кедергі коэффицентің (ξ_су) анықтаймыз:

ξ_су =

=2,214

18. Майдың  орташа температурасы бойынша Pr_cу= 3,25 Прандтль критерийі жоғарыда анықталған. 50⁰С қабырға жанындағы қабаттың Прандтль критерийінің мәні Pr_қ =3,56
19. Берілген пластиналар үшін сүт қозғалысының Рейнольдс  саны 50 < Re < 20000 аралығында болғанда Нуссельттін критерийлі  теңдеуі келесі түрде болады:

Nu_cу = 0,135 ∙ (Re_cу)^0,73 ∙( Pr_cу)^0,43 ∙ (Pr_cу/ Pr_қ)^0,25

= 0,135 ∙ 10471^0,73 ∙ 3,25^0,43 ∙ (3,25/ 3,56)^0,25

= 0,135 ∙ 860,2 ∙1,66∙  0,977=188

20. Nu cу  саны бойынша  сүт жағындағы жылу бері коэффицентін анықтаймыз:

α₁=Nu_cу ∙ λ_cу / d_э = 188 · 0,6548/ 0,0075= 16414 Вт/м² · град 

21. Қабырғаның май жағындағы термиялық кедергісін анықтаймыз:

R₁= δ₁/λ₁ = 0,0002 м²·с/Вт

22. Маркасы Х18Н10Т болаттан  жасалған қалыңдығы қабырғаның термиялық кедергісі R₂ :

R₂= δ₂/λ₂= 0,000063 м²·с/Вт

23. Су жағындағы термиялық кедергісі R₃ :

R₃= δ₃/λ₃= 0,00017 м²·с/Вт

24. Жылу өту коэффицентің k анықтаймыз:

k  =

= =

 

 = 1786 Вт/м² · град

25. Жылу алмастырғыштың жалпы жылу алмасу бетін (Ғ) анықтаймыз:

F=

= = 14,0 м²

Стандартты қатардан ең жақын бет ауданын F = 12 м²қабылдаймыз.

 

Құрастыру есебі. Пастерлеу секция  пакеттеріндегі каналдар санын есептейміз (m)

m =

мұнда

l, b, h – ПР-2 пластинасының габариттық өлшемдері (l=650 мм, b=650 мм, h=3,8 мм)

Н – сүттің тегеуіріні, м:

Н =

= 5,0 м

Cандық мәндерді қойып  m=2,1 анықтаймыз. m=2 деп қабылдаймыз

26. Сүт ағынының жылдамдығы w₂:

w₂=

=

27. Cүт ағыны үшін Рейнольдс саны (Re₂)

Re₂ =

=  

28. Секциялардағы пластиналардың саны (z)

z = F / f = F / l ∙ b=12/0,65·0,65=28

29. Секциялардағы пакеттердің саны (і)

і = z / 2∙m = 28/ 2 · 2=7

і= 7 деп қабылдаймыз

30. Аппараттардағыпластиналардың саны

(z_а) =

=

z_а = 62деп қабылдаймыз

 

31. Құрастыру схемасын қабылдаймыз:

С =

32. Су ағынының жылдамдығы w₁:

w₁=

33. Cу ағыны үшін Рейнольдс саны (Re₁)

Re₁ =

=

34. Біртіндеп жуықтау тәсілі бойынша w₁, w₂,Re₁,Re₂ , мәндерінің өзгеруіне байланысты α₁, α₂ жылу беру коэффиценттерін k жылу өту коэффицентін,  F жылу алмасу бетін  қайтадан есептеу қажет.

Сүт жағындағы  жылу беру коэффициентін α₂ анықтаймыз:  

Nu  = 0,135 ∙  2446^0,73 ∙ 6,1^0,43 ∙ (6,1/ 5,0)^0,25 = 0,135 ∙ 297,6 ∙ 2,176 ∙ 1,051= 92

α₂ = Nu_c ∙ λ / d_э=92 · 0,570 / 0,0075 = 6992 Вт/м² · град

Ыстық су жағындағы  жылу беру α₁  коэффициентін анықтаймыз:

Nu_в = 0,135 ∙ 3390^0,73 ∙ 3,25^0,43 ∙ (3,25/ 3,56)^0,25 = 0,135 ∙ 377,6 ∙1,66∙ 0,977=82,7

α₁ = Nu_в ∙ λ_в / d_э = 82,7 · 0,6548/ 0,0075 = 7720 Вт/м² · град

Жылу өту коэффицентің k анықтаймыз:

k  =

= =

= 891 Вт/м² · град

35. Содан кейін жылу алмастырғыштың жалпы жылу алмасу бетін (Ғ) анықтаймыз:

F=

= 28,07 м²

Ең жақын стандартты бетті қабылдаймыз.F=28 м²

36. Пастерлеу секция  пакеттеріндегі каналдар санын есептейміз (m)

m =

 

мұнда

l, b, h – ПР-2 пластинасының габариттық өлшемдері (l=650 мм, b=650 мм, h=3,8 мм)

Cандық мәндерді қойып  m=2,1 анықтаймыз. m=2,0 деп қабылдаймыз.

m=2,0 болғанда w₁, w₂, Re₁,Re₂ , параметрлердің  мәндері 2-пунктерде есептелген мәндерге тең болады.

37. Секциялардағы пластиналардың санын (z) дәлдеп түзетеміз

z = F / f = F / l ∙ b=28/0,65·0,65=66,3

z = 66 деп қабылдаймыз.

38. Секциялардағы пакеттердің санын (і) дәлдеп түзетеміз

і = z / 2∙m=66/ 2·2=16,5

і =16,5 деп қабылдаймыз

39. Аппараттардағыпластиналардың санын  (z_а) дәлдеп анықтаймыз.

z_а =

=

z_а= 82деп қабылдаймыз

40. Құрастыру схемасын қабылдаймыз:

С =

 

Гидравликалық есептеу

1. Алдыңғы есептеулерден нақты қозғалу жылдамдықтары:

• судыңw₁=0,23 м/с;

• сүттің w₂= 0,3 м/с;
• Рейгольдс сандары:
• су ағыны үшін Re₁=3390
• сүт ағыны үшінRe=2446

2. Екі орта үшін каналдың салыстырмалы ұзындығы бірлігін жалпы гидравликалық кедергі коэффицентің (ξ_су) анықтаймыз: