Теплообменника

При проектировании теплообменника тепловой расчет сводится к определению необходимой площади поверхности теплообмена при известных значениях расхода, начальной и конечной темпе­ратуры теплоносителей.

Для действующих теплообменных аппаратов выполняют пове­рочные тепловые расчеты, результаты которых позволяют сопо­ставить возможную производительность аппарата с фактической и определить условия, соответствующие оптимальному режиму работы теплообменника.

Конструктивный расчет проводят совместно с гидравлическим а затем подбирают соответствующую стандартную или нормали­зованную конструкцию теплообменного аппарата.

Необходимо, чтобы выбранная конструкция была оптималь­ной, т. е. обеспечивала интенсивный теплообмен и в то же время отличалась низкой стоимостью, надежностью и удобством в экс­плуатации.

До проведения собственно расчета трубчатых теплообменни­ков следует установить целесообразность направления одного из теплоносителей в трубное, а другого — в межтрубное простран­ство аппарата.

В трубное пространство теплообменника целесообразно пода­вать с малым расходом теплоносители, обладающие большой вяз­костью, содержащие твердые взвеси и загрязнения (для облегче­ния очистки поверхности), а также химически активные веще­ства (что не потребует изготовления корпуса из коррозионно-стойкого материала).

Необходимо иметь в виду, что при направлении нагревающего теплоносителя в трубы уменьшаются потери теплоты в окружаю­щую среду.

При выборе направления взаимного движения теплоносите­лей, следует также учитывать преимущество противотока при теп­лообмене (без изменения агрегатного состояния).

Скорости теплоносителей в выбранном аппарате должны обес­печивать благоприятное сочетание интенсивного переноса тепло­ты и умеренного расхода энергии на перемещение теплоносителя.

Тепловой расчет проектируемого теплообменника проводят в такой последовательности.

1.Определяют тепловую нагрузку теплообменника. С помо­щью уравнений (12.2) и (12.3) рассчитывают значения расхода теплоносителей. В случае если эти значения заданы, то находят неизвестную конечную температуру одного из теплоносителей. Если значения температуры обоих теплоносителей на выходе из теплообменника неизвестны, то их задают, принимая во внима­ние то, что разность температур теплоносителей на конце тепло­обменника должна составлять не менее 5 К.

2.Используя одно из уравнений (12.7) — (12.9), определяют зна­чение средней разности температур и проводят предварительный выбор теплообменника. Принимая во внимание данные табл. 14.1, задают ориентировочное значение коэффициента теплопередачи и рассчитывают соответствующее значение площади поверх­ности теплопередачи по формуле

3.По полученному значению выбирают конкретный вари­ант конструкции теплообменника и находят значения коэффици-

ента теплопередачи и площади поверхности теплообмена. Коэф­фициент теплопередачи К определяют, решая уравнение (12.5).

При наличии на стенке загрязнений ее общее термическое со­противление

,

где и — термические сопротивления загрязнений, кон­тактирующих с теплоносителями.

В этом случае при переносе теплоты через плоскую стенку

_,

Для расчета и , как правило, необходимо знать значения температуры поверхностей стенки. В таких случаях коэффициенты теплоотдачи обычно находят методом последовательных прибли­жений: задают эти значения температуры и после определения значения К егосравнивают с ориентировочным (см. табл. 14.1).

Площадь S поверхности теплообмена определяют из уравне­ния (12.6). Сопоставление расчетного значения площади поверх-

ности теплообмена с ориентировочным Ш дает ответ на вопрос о правильности выбранного варианта. В случае существенного раз­личия значений следует перейти к рассмотрению другого вариан­та конструкции теплообменника.

Контрольные вопросы

1.Какие конструкции трубчатых теплообменников вам известны?

2.Что представляют собой теплообменники с плоской поверхностью теплообмена?

3.Как устроены и для чего предназначены калориферы?

4.Где применяются барометрические конденсаторы? Как они устроены?

5.В чем заключается конструктивный расчет поверхностного теплооб­менника?

Глава 15