 |
Расчет теплообменных аппаратов
|
|
|
|
2.5.1 Виды теплообменных аппаратов
Теплообменные аппараты – это устройства для передачи тепла от одного теплоносителя к другому. По принципу работы они делятся на рекуперативные, регенеративные и смесительные.
В основном применяются рекуперативные теплообменные аппараты, в которых передача тепла происходит через разделительную стенку. Конструктивно они выполняются в виде аппаратов с трубчатой (или реже с пластинчатой) поверхностью нагрева.
В регенеративном теплообменном аппарате передача тепла осуществляется через аккумулирующее устройство (пластины, набивка и т. д.), которое попеременно смывается обоими теплоносителями.
В смесительных теплообменных аппаратах передача тепла осуществляется при непосредственном контакте (смешении) теплоносителей.
В зависимости от взаимного направления движения теплоносителей различают теплообменные аппараты прямоточные, противоточные, с перекрестным током и со смешанным током.
Характеристиками теплообменного аппарата являются следующие величины:
Q – тепловая производительность аппарата, количество тепла, передаваемое в единицу времени, Вт;
F – поверхность теплообмена. поверхность твердой стенки или поверхность раздела теплоносителей, через которую передается тепло, м2.
2.5.2 Методика расчета теплообменных аппаратов
Расчет теплообменных аппаратов производится по двум основным уравнениям:
1. Уравнение теплопередачи:
Q=Kcp×F×Dtcp, (2.42)
где Dtср – средняя разность температур;
Кср – средний коэффициент теплопередачи.
2. Уравнение теплового баланса:
или
, (2.43)
где m1 и m2 – массовый расход первого и второго теплоносителя, кг/сек;
|
|
|
t' и i' – температура и теплосодержание теплоносителя на входе в аппарат, К и Дж/кг;
t'' и i'' – температура и теплосодержание теплоносителя на выходе из аппарата, К и Дж/кг;
t1 и i1 – температура и теплосодержание первого теплоносителя;
t2 и i2 – температура и теплосодержание второго теплоносителя;
Ср1 и Ср2 – средняя теплоемкость при постоянном давлении первого и второго теплоносителя, Дж/кг К.
Величина W=m×Ср, Вт/К, называется водяным эквивалентом теплоносителя.
Заменяя уравнение баланса, имеем:
.
Решая совместно оба уравнения, находим два неизвестных параметра теплообменного аппарата, при заданных или принятых остальных.
а) Определение величин, входящих в расчетные уравнения
Средняя разность температур теплоносителей определяется из формулы среднелогарифмической разности:
, (2.44)
где 
– максимальная и минимальная разность теплоносителей на концах теплообменника, которые определяются в зависимости от конкретной схемы работы теплообменника (рисунок 2.9).
 |
Рисунок 2.9
Если 
, то 
можно определять по формуле среднеарифметической разности:
.
Поверхность теплообмена и коэффициент теплопередачи в случае трубчатого теплообменника с достаточной степенью точности могут быть определены по формулам теплопередачи для плоской поверхности. При этом условии:
F=p×dcp×l×n,
,
где dcp=0,5(dвн+dнар) – средний диаметр трубы, м;
n – число труб в теплообменнике, шт.;
l – длина одной трубы, м;
a1ср и a2ср – средние коэффициенты теплоотдачи для первого и второго теплоносителя. рассчитываемые для средних температур каждого из теплоносителей в теплообменнике, Вт/м2 К;
dст и lст – толщина стенки и коэффициент теплопроводности материала труб, соответственно м и Вт/м К;
d3 и l3 – толщина и коэффициент теплопроводности загрязнений на поверхности труб теплообмена (учитываются при их наличии), м и Вт/м К.
|
|
|
При расчете теплообменников по расчетным формулам (2 уравнения) могут быть определены только две неизвестные величины, остальные должны быть заданы или определены иным путем.
Расчет теплообменных аппаратов бывает двух типов:
1. Конструкторский – когда определяются основные размеры аппарата при заданных параметрах и тепловой производительности.
2. Поверочный – когда определяют тепловую производительность и параметры по известным размерам теплообменного аппарата.
|
|
|
