ТЕПЛОМАССООБМЕН

Контрольная работа №3

Контрольные вопросы

 

 

18. В   чем   сущность   графоаналитического   методе   теплового   расчета   теплообменников?

 

Ответ

Различают конструктивный и проверочный тепловой расчет теплообменного аппарата. Цель конструктивного расчета состоит в определении величины рабочей поверхности теплообменник;! которая является исходным параметром при его проектировании. При этом должно быть известно количество передаваемой теплоты или массовые расходы теплоносителей и изменение их температуры.

Проверочный расчет выполняется для теплообменника с известной величиной поверхности. Цель расчета состоит в определении температур теплоносителя на выходе из теплообменника и количества передаваемой теплоты.

Рис. 1

На рис. 1 изображены температурные поля прямоточного (рис. 1, а) и противоточного (рис. 1, б) теплообменников. Индексами 1 и 2 отмечаются температуры и другие параметры соответственно горячего и холодного теплоносителя. Одним и двумя штрихами отмечаются параметры теплоносителя на входе и выходе из теплообменного аппарата.

Сравнение температурных полей прямоточного и противоточного теплообменников показывает, что при противоточной схеме имеется большая возможность изменения температуры теплоносителей в пределах аппарата. Если, например, необходимо нагреть холодный теплоноситель до максимально возможной температуры при заданной начальной температуре горячего теплоносителя t1, то при увеличении поверхности нагрева в прямоточном теплообменнике температура t2 будет приближаться к температуре t1’’, а в противоточном — к t1.

Рабочий процесс рекуперативного теплообменника описывается двумя уравнениями: уравнением теплового баланса и уравнением теплопередачи.

Тепловой баланс теплообменника определяется уравнением

                      (1)

где G— массовый расход теплоносителя; ηпот — коэффициент потерь теплоты в окружающую среду, который равен 0,97 — 0,995.

Обозначим

                              (2)

С учетом этого обозначения уравнению теплового баланса можно придать вид

                      (3)

Обозначив изменение температуры теплоносителя в пределах теплообменного аппарата через δt, уравнение (3) при ηпот = 1 можно переписать в виде

                              (4)

Следовательно, чем больше параметр W, тем меньше изменяется температура теплоносителя в пределах теплообменного аппарата.

Рассмотрим теперь уравнение теплопередачи. Разность температур между теплоносителями изменяется по длине теплообменного аппарата, поэтому уравнение теплопередачи имеет вид

гле к и — средние значения коэффициента теплопередачи и температурного напора всего теплообменного аппарата.

Уравнения теплового баланса и теплопередачи служат основой конструктивного и проверочного расчетов теплообменника.

При конструктивном расчете рабочая поверхность теплообменника определяется из уравнения теплопередачи

                    (5)

Если тепловой поток Q неизвестен, он определяется из уравнения (3).

 

Выражение называется формулой среднелогарифмического температурного напора. Она одинаково пригодна для прямоточного и противоточного теплообменников (величины  и Δt" обозначены на рис. 1).

Аналитическая оценка среднего температурного напора для теплообменников с перекрестным током и другими более сложными схемами движения приводит к громоздким формулам. Поэтому средний температурный напор для таких схем движения теплоносителей определяют по формуле

               (6)

где  - поправка, которая зависит от двух вспомогательных величин:

    и                                          (7)

Зависимости = f(R, Р) рассчитаны для различных схем движения теплоносителей и приводятся в справочной литературе.

Полученные формулы позволяют сравнить средние температурные напоры при различных схемах движения теплоносителей.

При сравнении противоточной и перекрестной схем движения необходимо принять во внимание не только изменение величины среднего температурного напора, но и изменение условий теплообмена. При одинаковом гидравлическом сопротивлении и условии  поперечное обтекание позволяет получить большую

величину коэффициента теплоотдачи, чем продольное обтекание труб. Поэтому возможны такие условия, при которых теплообменник с перекрестным током при прочих равных условиях будет иметь меньшую поверхность теплообмена.

Если в пределах аппарата условия теплообмена на отдельных участках рабочей поверхности существенно различны, то коэффициенты теплообмена и теплопередачи подсчитываются для каждого участка в отдельности, и затем определяется среднее для всей поверхности значение коэффициента теплопередачи.

Средние температуры теплоносителей, необходимые для расчета коэффициентов теплообмена, определяются следующим образом. Для теплоносителя с большей величиной параметра W, у которого температура в пределах теплообменника изменяется меньше, средняя температура определяется как полусумма крайних значении температур. Если Wi> W2, то

.

Средняя температура  второго теплоносителя  определяется по формуле

где подсчитывается по формуле (5) или (6).

После определения конечных температур тепловой поток подсчитывается по уравнению (3).

К списку задач

Главная