Необходимо посчитать длину развертки змеевика для нагрева в нем проточной воды от 8 до 20 градусов, диаметр змеевика 358мм, сделан из трубы 14х1 нерж. сталь AISI 304.
Температура пастеризации молока 64 градуса, постоянна.
В емкости хранится 150л молока, диаметр емкости 600мм, высота 600мм. Стенка 1,5мм AISI 304, дно 3,0мм, крышка откидная на петлях 3,0мм, изоляция только снаружи обечайки 7мм изолона.
Про шерстил интернет нашел след. формулы:
Q=К*F*Δtср
Δtср= (∆tδ-∆tм)/ln ( ∆tδ/∆tм ), где ∆tδ и ∆tм – разность температур теплоносителей на концах теплообменника.
К=1/(1/α1+δст/λст+1/α2), где δст –толщина стенки , м; λст – коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м·К); α1 и α2 - коэффициенты теплоотдачи, соответственно,
Ну а количество теплоты необходимое для нагрева воды внутри змеевика думаю рассчитывается по этой формуле:
Q=cm(t2 -t1), где массу можно выразить как m=V=S*L=(Пи*d^2)xL/4
Число витков змеевика можно найти по формуле n=L/(ПИ*Dз)
Получаем в итоге:
К*F*Δtср=c(t2 -t1)xSxL
Поверхность теплообменника и площадь змеевика одно и тоже, поэтому получаем:
К*Δtср=Cx(t2 -t1)xL
L=c(t2 -t1)/(К*Δtср)
Только мне не совсем понятно как посчитать ∆tср - движущая сила процесса теплопередачи, температура в емкости то постоянна
∆tδ=tм-tз1
∆tм=tм-tз2
tм= 64°С
tз1= 8°С
tз2= 20°С

Данные:
δст=0,0015 м
λст=16,2 Вт / (м*К)
δиз=0,007 м
λиз=0,04 Вт/м*К
с=4190 Дж/(кг*К) Теплоёмкость воды

Справедливы эти формулы для моего случая? Точные расчеты не нужны, так что думаю взять теплопотери в районе 10-15%.
Формулы накидал в excel, черновой вариант.

Вы хотите "на пальцах" рассчитать теплообменник? Или может даже заставить нас думать! А мы за это между прочим денежки на работе получаем! Лениво. Я бы вам посоветовал открыть книжку "Промышленные тепломассообменные процессы и установки" под ред. Бакластова и прочитать главу вторую. А то коэффициент теплопередачи, например, вы считаете как для плоской стенки, а надо как для трубы. И так во всем...

Компетентный теплотехник мне бы указал, где ошибки, а также дополнил записи, не корректно написанные, так сказать на лету, т.к. имеет с этим дело каждый день. Моя же специальность приборостроение, машиностроение и металлообработка, побочно работаю с охладителями. Никто Вас не заставляет думать, даже больше... я не понимаю кому Вы хотите помочь на этом форуме не думая!

P.S. Не нашел в предложенной Вами книге ни информации про спиральные теплообменники, ни примеров его расчета, да даже формулы коэффициента теплопередачи "для трубы" не нашел, если вы её не выдумали. Я же брал коэффициент теплопередачи теплоты через однослойную плоскую стенку, что думаю справедливо и для трубки. Так что не тратьте мое и свое время такими советами.

Методика расчета:
Используя основное уравнение теплопередачи Q=К*F*Δtср, нужно найти площадь теплообмена. Из площади найдете геометрию змеевика. Расчет ведется методом поcледовательных приближений.
Теперь составляющие.
1. Среднюю разность температур Вы сосчитали корректно
2. В определении Q должна участвовать производительность по воде в кг/с, это m в формуле Q=cm(t2 -t1). Я не понял, Вы просто взяли массу воды в змеевике что ли?
3. Самая мякотка искать К. Для справедливости скажу, что dvortsov Вам правильно указал на некорректность формулы для цилиндрической поверхности - там в отношении сигмы на лямбду д.б. еще множитель как логарифм отношения диаметров трубки. Но в литературе также указывается, что для тонкостенных трубок таким коэффициентом можно пренебречь. Думаю, это Ваш случай. Итак отношение сигмы на лямбду известно. Теперь нужно найти альфу1 и альфу2. Найдите в литературе зависимости для определения альф для вынужденного и естественного движения сред. Задаемся температурами стенки с обеих сторон змеевика. По упомянутым зависимостям находим альфы для обеих сторон змеевика для средних температур теплоносителя и хладагента (то есть 64 и (8+20)/2). Находим К через К=1/(1/α1+δст/λст+1/α2).
4. Из основного уравнения теплопередачи находим F.
5. Выполняем проверку по формуле Q=F*λст/δст*(tст1-tст2). Если расчет не сошелся принимаем уточненные температуры стенок.

Теперь вопросы:
1. Непонятен сам процесс - зачем молоком нагревать воду? Может быть вода остужает молоко? Тогда где конечная температура молока?
2. Процесс периодический или непрерывный? Если периодический, тогда нужно время, если непрерывный - нужен расход молока

Я сам технолог больше, поэтому литературу больше технологическую посоветую. Например - Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процес-сов и аппаратов химической технологии.

По 2 пункту. Это я рассчитал количество теплоты за секунду. Дж/с. Хм.. следовательно так не пойдет, значит Расход воды m=q=Пи*d^2*Vn/4, скорость потока воды Vn= 0,5-3 м/с возьмем 1,5 м/с. Потери давления думаю не стоит учитывать, да и длину змеевика мы пока не знаем.
По 3 пункту. Ошибку уяснил, покопался в интернете и все таки нашел коэффициент теплопередачи для плоских, цилиндрических и шарообразных стенок.
Я так понял, α1 и α2 находим через критерий Нуссельта, примеры расчетов со змеевиком нагрева воды нашел.
Остальное все понятно.
Ответы на вопросы:
1. Поступило предложение от предприятия заказчика сделать змеевик для того чтобы рабочие попутно могли помыть руки.
2. Процесс периодический молоко нагревается до 64 оС и данная температура поддерживается в течение 30 минут, после этого температура снижается до 38 - 40 оС.

Дык какие ошибки, вы ж там укрупненку даете, нормального расчета то нет. Вы предлагаете пару приближений вам расчитать "на лету"?


Видимо плохо искали:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Порядок расчета такой - tст -> Pr, Re -> Nu -> a1,a2 -> k и по кругу. Все формулы даны.


А вот обижаться не надо! На сердитых воду возят =) Просто хочется чтобы человек перед тем как вопрос задать, все таки книжечки то почитал....

производительность по воде для данного случая выбирает проектировщик водоснабжения - количество рабочих, количество приборов, температура, все дела


примите его для сведения. расчет производите по приведенной Вами же формуле


Сильно накручено, может просто обычный нагреватель для рабочих предусмотреть? Или хотя бы экономическую эффективность проекта прикинуть. 30 минут температура не электричеством ли поддерживается? То есть оно помимо молока еще и воду греть будет. А когда температура будет 40 градусов и рабочие захотят помыть руки? Тогда змеевика, рассчитанного на 64 градуса уже не хватит. А может его даже не хватит и при 64 градусах, если разбор воды большой будет. Может сразу побольше витков сделать? Одни вопросы, короче. Методику теперь знаете, а дальше думайте

Вообще-то все проще рассчитывается, без "критериев". Коэффициенты теплопередачи для емкостных подогревателей при теплоносителе воде:

250 ккал/(ч*м2*град) для стального змеевика и 300 ккал/(ч*м2*град) для медного или латунного. Да и весь расчет в Щекине на полстранице.

Можно также приобрести охладитель проб воды (это как раз змеевичок в трубе 273 диной 600 мм. Точно такая же конструкция всегда применялась для душевой водогрейных котельных - "руки помыть". Прилагались РЧ к каждому типовому. А можно и слизать с картинки охладителя проб.

Эмпирика рулит

В редакции от 2014 года "Расчет систем центрального отопления, Щекин Р.В. Березовский В.А" нет таких данных, не могли бы Вы поделиться ссылкой.


Два дня ушло на изучении теории и перелопачивание информации, в итоге вышло то, что вы увидели в первом посте. Я не просил мне оказывать медвежью услугу и решать что-то за меня, а лишь направить в нужное русло, так как есть необходимость хоть немного в этом понимать.


Да, нагрев молока производится силиконовым нагревателем.
Выложу позже расчеты для нуждающихся, сейчас пока занимаюсь другими проектами.



Не большая ли погрешность будет, если не учитывать толщину стенок змеевика, его загрязнение, гидравлическое сопротивление и теплопотери.
А по поводу книжечки поподробней:
Расчет систем центрального отопления, Щекин Р.В. Березовский В.А или же Справочник теплоснабжения и вентиляции.

Эти данные учитывают всё. В результате-то нужна конструкция, а не сам расчет. Конечно, считая по точным методикам можно получить более высокие коэффициенты и меньшую поверхность. Но жизнь-то не расчетом руководствуется.

А книга - Справочник Щекина, конечно не Расчет систем отопления. Его несколько изданий было, самый лучший - старый, в одном толстом томе.

Проблема с эмпирическими формулами в том, что они оч. хорошо действуют при всех одинаковых параметрах. А такое к сожалению редкость. То материалы не те, то теплоносители, то температуры, то геометрия. Да и понять, какие параметры ухудшают, а какие улучшают теплообмен можно только на уровне подробного расчета.
А так да, в Щекине на стр. 279 все в одну строчку:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Дык не Щекин это. "Промышленные тепломассообменные процессы и установки" под ред. Бакластова - стр. 61.


Ну так бы и сказали, "направить в нужное русло" =) Логику расчетов вам уже рассказали. Под рукой у меня есть только "студенческий" расчет кожухотрубного теплообменника с пошаговыми объяснениями, но для змеевика расчет геометрии и критерий Нуссельта пересчитывать надо под ваш случай. Если это вам поможет, могу выложить, но допиливать всяко вам самим придется.

З.Ы. Есть вот и в сети пример. Только критерий Нуссельта взят как для простой трубы.

А может кто-нибудь посоветовать литературу по расчету змеевика работающему в паре с мешалкой?