Основы тепловою расчета теплообменных аппаратов
Основы тепловою расчета теплообменных аппаратов Теплообменныс аппараты — это устройства, предназначенные для передачи теплоты от одной среды (жидкости или газа) к другой. Различают регенерат ив- Рис. 2-24. Схемы рекуперативных i еп. кюбмениых аппаратов: а — типа «труба в трубе», прямоток: о — кожух от ру дный противоток; в, г и д — многократный перекрестный ток; е и ж — трубчатый и пластинчато-ребристый перекреегный ток; У — горячий поток; 2 — холодный поток ные, рекуперативные и смесительные теплообменные аппараты. В регенеративных аппаратах одна и та же поверхность нагрева периодически омывается го горячей, то холодной средой. Главным элементом конструкции таких аппаратов является геплоаккумулирующее устройство. В рекуперативных аппаратах (рис. 2.24) перенос теплоты от одной среды к другой осуществляется через разделяющую их стенку. В смесительных аппаратах (рис. 2.25) происходит непосредственное перемешивание Haipc-того и холодного теплоносителей. В этом случае теплообмен протекает одновременно с масообмсном. Существующие теплообменные аппаратуры отличаются друг от друга также конструкцией, формой, размерами, назначением, видами теплоносителей и другими особенностями. Несмотря на большое разнообразие конструкций, основные положения теплового расчета тепло-обменных аппаратов остаются общими, поэтому целесообразно рассмотреть методику теплового расчета лишь одного Схема емесигельжи о теплообменно! о аппарата: / — насадка (кольца, реикмки, шары): 2 — сепаратор влаги, 3 - вен шля гор из типов теплообменных аппаратов, например, рекуперат iibhoi о (см. рис. 2.24). Прямоток, противоток и перекрестный ток — три основные схемы движения теплоносителей в теплообменных аппаратах. Применяются также их комбинации. Расчет теплообменных аппаратов обычно начинается с определения размеров необходимой поверхности теплообмена. В том случае, когда размеры теплообменной поверхности заданы, целью расчета является определение конечной температуры теплоносителей с где Q — тепловой поток; к — коэффициент теплопередачи; At — площадь поверхности теплообмена; — температуры соответственно нагретого и холодного теплоносителей; (чертой отмечены средние значения); (, — массовые соответственно расход и средняя теплоемкость теплоносителя в интервале температур (одним штрихом отмечены температуры среды на входе в аппарат, двумя — на выходе; условный эквивалент. Из балансового соотношения ) видно, что т. е. разности температур горячей и холодной жидкостей в теплообменных аппаратах изменяются обратно пропорционально их условным эквивалентам. В зависимости от значений для прямотока ч противотока можно построить четыре характеристик изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности нагрева ). Их анализ показывает , чт о при прямотоке < Ту. В случае противотока может быть выше . Следовательно, при противотоке холодная жидкость, при прочих равных условиях, может быть нагрета до более высокой температуры, чем при прямотоке. Хотя температурный напор вдоль поверхности нагрева Прямоток — движение двух теплоносителей в теплообменном аппарате параллельно друг другу в одном и том же направлении. Противоток - движение двух теплоносителей в теплообменном аппарате параллельно друг другу в противоположных направлениях. Перекрестный ток — движение двух теплоносителей в тепло-обменном аппарате во взаимно перпендикулярных направлениях. при прямотоке изменяется больше, чем при противотоке, средний температурный напор при противотоке выше и теплообменник с противотоком получается более компактным. Если температура одного из теплоносителей постоянна (например, при кипении или конденсации), то для обеих схем движения теплоносителей получается одним и тем же. Средний температурный напор при прямотоке можно определить следующим образом. Для элемента поверхности ¦ количество теплоты, передаваемой от нагретой жидкости к холодной, Поскольку где Если выразить через коэффициент тепло передачи то И1м?*<е*(не температуры Г теплоносителей вдоль поверхности nai рева /!г: а — прямоток; б — противоток нагрева то средний лога- рифмический температурный напор при прямотоке После интегрирования в пределах от Следовательно, средний температурный напор 1на основе георемы о среднем) При сред нелогариф- мическое значение ?Т отличается от среднеарифметического менее чем на 3%. Формула для AT в случае противотока выводится аналогично и не будет отличаться от формулы (2.131), если через (ЛТ)' обозначить больший, а через (А7У меньший температурные напоры. Значение ЛТ определено в предположении. что теплоемкости, расходы теплоносителей и коэффициент теплопередачи являются постоянными. Особенности процессов теплоотдачи в тепло-обменных аппаратах учитываются при расчете коэффициентов теплоотдачи которые входят Схемы поверхностей теплообмена с различными ребрами и гависнмосги бетрагмержм о комплекса N для расчет теплообменников: — стсржсньконыс ребра: — прерывистые ребра. — волнистые ребра; IV - гладкие ребра в выражение (2.20) для коэффициента теплопередачи к. Для расчета коэффициентов теплоотдачи в каналах тепло-обменных аппаратов существуют также специальные графические зависимости и критериальные уравнения, полученные но данным экспериментальных исследований теплоотдачи в аппаратах данной конструкции, геометрической формы и размеров. На рис. 2.27 показаны схемы различных видов орсбренных поверхностей теплообмена (размеры даны в см) и зависимости безразмерного комплекса Nu/Pr0,33 и коэффициента / трения от критерия Re для расчета теплообменников. В критериях подобия уравнения за определяющий размер принят эквивалентный диаметр где L — длина каналов теплообменника; Ас — площадь свободного сечения каналов теплообменника; Л, — полная поверхность теплообмена. Характерная скорость, входящая в критерий Re, определяется по сечению