![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Тепловой расчет теплообменных аппаратов. Виды теплообменных аппаратов. Ур-иетепл баланса. Основные положения. Ур-ие теплопередачи.
КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ Теплообменники — это устройства, в которых теплота переходит от одной среды к другой.теплоты в них происходит конвекцией, теплопроводностью; а если хоть один из теплоносителей газ, то и излучением. Теплообмен между теплоносителями является одним из наиболее важных и часто используемых в технике процессов. Выделяются еще теплообменные устройства, в которых нагрев или охлаждение теплоносителя осуществляется за счет внутренних источников тепла. Рекуперативные теплообменные аппараты - устройства, в которых две жидкости с различными температурами текут в пространстве, разделенном твердой стенкой. Теплообмен => за счет конвекции и теплопроводности стенки, а если хоть одна из жидкостей является излучающим газом, то и за счет теплового излучения. Примеры - парогенераторы, подогреватели, конденсаторы, выпарные аппараты и др. Рекуператоры работают, как правило, в стационарном тепловом режиме. Регенераторы — такие ТА, в которых одна и та же поверхность нагрева через определенные промежутки времени омывается то горячей, то холодной жидкостью. Сначала поверхность регенератора отбирает теплоту от горячей жидкости и нагревается, затем поверхность регенератора отдает энергию холодной жидкости. В регенераторах теплообмен всегда происходит в нестационарных условиях, тогда как рекуперативные теплообменные аппараты большей частью работают в стационарном режиме. Так как в регенеративных и рекуперативных аппаратах процесс передачи теплоты неизбежно связан с поверхностью твердого тела, то их еще называют поверхностными. В смесительных аппаратах теплопередача осуществляется при непосредственном контакте и смешении горячей и холодной жидкостей. Примером = градирни тепловых электрических станций. В градирнях вода охлаждается атмосферным воздухом. Воздух непосредственно соприкасается с водой и перемешивается с паром, возникающим из-за частичного испарения воды. В этом процессе объединяются тепло- и массообмен.В теплообменниках с внутренними источниками энергии применяются не два, как обычно, а один теплоноситель, который отводит теплоту, выделенную в самом аппарате. Примером = ядерные реакторы, электронагреватели и другие устройства. С теплотехнической точки зрения все аппараты имеют одно назначение — передачу теплоты от одного теплоносителя к другому или поверхности твердого тела к движущимся теплоносителям. Последнее и определяет те общие положения, которые лежат в основе теплового расчета любого теплообменного аппарата. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И УРАВНЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА Тепловые расчеты теплообменных аппаратов могут быть проектными и поверочными. Проектные (конструктивные) тепловые расчеты выполняются при проектировании новых аппаратов, целью расчета является определение поверхности теплообмена. Поверочные тепловые расчеты выполняются в случае, если известна поверхность нагрева теплообменного аппарата и требуется определить количество переданного тепла и конечные температуры рабочих жидкостей. Тепловой расчет теплообменных аппаратов сводится к совместному решению уравнений теплового баланса и теплопередачи Уравнения теплового баланса и теплопередачи, будучи едиными по существу, различны в деталях в зависимости от типа рассматриваемого теплообменника (рекуперативный, регенеративный или смесительный). РЕКУПЕРАТИВНЫЕ АППАРАТЫ 1. Основные положения теплового расчета. Тепловой расчет теплообменного аппарата может быть конструкторским, целью которого является определение площади поверхности теплообмена, и поверочным, при котором устанавливается режим работы аппарата и определяются конечные температуры теплоносителей. В обоих случаях ( проектном и поверочном ) основными расчетными уравнениями являются: уравнение теплопередачи Q= kF(t1 — t2) (1)и уравнение теплового баланса Q1= Q2+ D Q, где Q1 = G1 d i1= G1cp1 d t1 = G1cp1(t ¢ 1 — t ¢ ¢ 1) (2)—количество теплоты, отданное горячим теплоносителем; Q2 = G2 d i2= G2cp2 d t2 = G2cp2(t ¢ ¢ 2 — t ¢ 2) — количество теплоты, воспринятое холодным теплоносителем; DQ — потери теплоты в окружающую среду; G1, G2 — массовые расходы горячего и холодного теплоносителей; dt1, dt2 — изменение энтальпии теплоносителей; cp1, cp2 — удельные теплоемкости теплоносителей при постоянном давлении; t¢ 1, t¢ ¢ 1 — температуры горячего теплоносителя на входе и выходе из аппарата; t¢ 2 — t¢ ¢ 2 — температуры холодного теплоносителя на входе и выходе его из аппарата. Однако это положение для всей поверхности справедливо приближенно лишь при кипении жидкости и конденсации паров. В общем случае температура рабочих жидкостей в теплообменниках изменяется: горячая охлаждается, а холодная нагревается. Вместе с этим изменяется и температурный напор между ними Dti = (t1—t2)i. В таких условиях уравнение теплопередачи (1) применимо лишь в дифференциальной форме к элементу поверхности dF, а именно:
![]() При этом температура горячей жидкости понизится на dt1, а холодной повысится на dt2. Следовательно,
откуда Изменение температурного напора при этом
или
По этим данным из соответствующего вспомогательного графика находится поправка
Коэффициент теплопередачи. При расчете теплообменных аппаратов возникают трудности с определением значения коэффициента теплопередачи k. определяются изменением температуры рабочих жидкостей и сложностью геометрической конфигурации поверхности теплообмена. Практически определение значения коэффициента теплопередачи производится по характерным формулам. Специфические же особенности процесса теплообмена в рассчитываемых аппаратах учитываются при выборе значений коэффициентов теплоотдачи а, которые входят в формулу для коэффициента теплопередачи.При расчете k в первую очередь необходимо произвести анализ частных термических сопротивлений, и если возможно, то следует произвести упрощение расчетной формулы. Далее необходимо учитывать влияние на коэффициент теплопередачи изменения температуры рабочих жидкостей. Большей частью такой учет сводится к отнесению коэффициентов теплоотдачи к средним температурам рабочих жидкостей. Для жидкости с большим водяным эквивалентном средняя температура берется как среднеарифметическое из крайних значений, например, t6 = 0, 5 (t¢ 6 + t¢ ¢ 6). При этом для другой жидкости, с меньшим водяным эквивалентом, средняя температура определяется из соотношения
Расчет конечной температуры рабочих жидкостей. Выше конечной целью теплового расчета являлось определение площади поверхности нагрева и основных размеров теплообменника для его дальнейшего конструирования. Предположим теперь, что теплообменник уже имеется или по крайней мере спроектирован. В этом случае целью теплового расчета является определение конечных температур рабочих жидкостей. Это — так называемый поверочный расчет. При решении такой задачи известными являются следующие величины: площадь поверхности нагрева F, коэффициент теплопередачи k , величины W1 и W2 и начальные температуры t¢ 1 и t¢ 2, а искомыми: конечные температуры t¢ ¢ 1 и t¢ ¢ 2 и количество переданной теплоты Q. В приближенных расчетах можно исходить из следующих представлений. Количество теплоты, отдаваемое горячей жидкостью, равно:
откуда конечная температура ее t¢ ¢ 1 определяется соотношением Соответственно для холодной жидкости имеем: и
![]() Если принять, что температуры рабочих жидкостей меняются по линейному закону, то
Вместо неизвестных t¢ ¢ 1 и t¢ ¢ 2 подставим их значения из уравнения (а) и (б), тогда получим:
Произведя дальнейшее преобразование, получим:
откуда окончательно получаем: Зная количество переданной теплоты Q, очень просто по формулам (а) и (б) определить и конечные температуры рабочих жидкостей t¢ ¢ 1 и t¢ ¢ 2. Приведенная схема расчета хотя и проста, однако применима лишь для ориентировочных расчетов и в случае небольших изменений температур жидкостей. В общем же случае конечная температура зависит от схемы движения рабочих жидкостей. Поэтому для прямотока и противотока приводится вывод более точных формул.
|