как рассчитать теплообменник

Ответ от Корпускуляр[гуру]
Щас пообедаю и распишу детально.
Значит так, маэстро. Тех данных, что Вы приводите, слишком мало для расчета. Кроме температур задаются также: расход горячего теплоносителя G1, внутренний d1 и наружный d2 диаметр трубы, материал трубы, скорость охлаждающего воздуха w2, условия обтекания (продольное или поперечное) , наличие или отсутствие ребер на внешней поверхности трубы.
Пусть все параметры, относящиеся к горячему воздуху в трубе, имеют индекс 1, а параметры охлаждающего воздуха вне трубы имеют индекс 2. Вначале находим скорость w1 горячего воздуха в трубе как w1 = 4G1/(pi ro1 d1&#178), pi=3.14 - число пи, ro1 - плотность горячего воздуха. Потом ищем число Рейнольдса Re1 = w1 ro1 d1/&#181, &#181 - динамическая вязкость воздуха. Затем ищем число Нуссельта как максимальное из двух значений: Nu1 = 4.36 и Nu1 = 0.0225 Re^(0.8) Pr^(0.6), где Pr = &#181 c/&#411, c - теплоемкость при постоянном давлении, &#411 - теплопроводность. Из найденного максимального Нуссельта ищем теплоотдачу воздуха в трубе AL1 = Nu1 &#411/d1.
Теперь ищем теплоотдачу наружного холодного воздуха. Вначале также ищем число Рейнольдса наружного воздуха Re2 = w2 ro2 d2/&#181. Далее ищем число Нуссельта холодного воздуха в зависимости от числа Рейнольдса: если Re2<40, тогда Nu2 = 0.76 Re2^(0.4) Pr^(0.37); если Re2>40 но Re2<1000, тогда Nu2 = 0.52 Re^(0.5) Pr^(0.37); если Re2>1000 но Re2<200000, тогда Nu2 = 0.26 Re^(0.6) Pr^(0.37); если Re2>200000, тогда Nu2 = 0.023 Re2^(0.8) Pr^(0.4).
Теперь из найденного Нуссельта находим теплоотдачу холодного воздуха AL2 = Nu2 &#411/d2. Приведенные формулы справедливы для гладкой трубы без оребрения. Т. к. Вы ничего не говорили о ребрах, то я предполагаю, что их нет.
Из найденных значений теплоотдач рассчитываем коэффициент теплопередачи K = pi / [1/(Al1 d1) + ln(d2/d1)/(2&#411) + 1/(AL2 d2)]. В этой формуле &#411 - теплопроводность уже материала трубы, а не воздуха. А то если подставите теплопроводность воздуха, получите большую фигню. Ищем также суммарный тепловой поток, отдаваемый горячим воздухом в трубе Q1 = G1 c1 (TВх1 - ТВых1), где ТВх и ТВых - входная и выходная температуры горячего воздуха.
Далее ищем выходную температуру холодного воздуха. Она находится последовательными приближениями. Вначале задаемся некоторым значением ТВых2. Зная концевые температуры холодного и горячего воздуха, ищем концевые температурные напоры: DT1 = ТВх1 - ТВых2 и DT2 = ТВых1 - ТВх2. Максимальное из этих значений обозначаете как DMax, а минимальное как DMin. Ищем среднелогарифмический температурный напор DT = (DMax - DMin) / ln(DMax/DMin). Далее ищем удельный тепловой поток q = K DT. Разделив суммарный тепловой поток на удельный, получаем длину трубы L = Q1/q. Длина охладительной камеры равна длине трубы, деленной на количество витков X=L/n. А ширина камеры равна обычно произведению количества витков на шаг между трубами Y=tn. Умножаем длину камеры на ее ширину и получаем проходное сечение для холодного воздуха S=XY. Зная скорость набегающего воздуха, можем найти расход воздуха G2 = w2 ro2 S. И наконец из теплового баланса находим новое значение выходной температуры холодного воздуха TВых2 = ТВх2 + Q1/(G2 c). Если заданное ранее и найденное значения выходной температуры холодного воздуха совпадают, значит расчет сделан правильно. Но обычно совпадения нет. Поэтому надо задаться новым значением температуры и весь расчет повторить заново. И так до тех пор, пока не будет получено нужное совпадение.