Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как противостоять манипуляциям мужчин? Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника







Уравнение теплового баланса и теплопередачи. Основы теплового расчета теплообменных аппаратов





Несмотря на многообразие конструктивных форм различных теплообменников последние по принципу действия могут быть разделены на три группы: непрерывного действия, или рекуперативные, периодического действия, или регенеративные, и смеси­тельные.

В теплообменниках непрерывного действия горячий и холодный теплоносители перемещаются одновременно и передача теплоты про­исходит непрерывно через разделяющую их стенку. Примерами таких теплообменников могут служить паровые котлы, конденсаторы по­верхностного типа, отопительные приборы, варочные аппараты для плавки органических вяжущих веществ (битума, дегтя, пека, смолы), рекуперативные установки для подогрева заполнителей бетонов и др.

В теплообменниках регенеративного типа передача теплоты от горячей жидкости к холодной осуществляется за два периода. Вначале продукты горения топлива направляют в камеру, где они нагревают насадку, выполненную обычно из шамотного кирпича. После этого через аппарат пропускают холодный воздух или газ, который отни­мает аккумулированную в стенках насадки теплоту. Таким образом, здесь происходит процесс с периодической переменой направления движения горячего и холодного теплоносителей, омывающих одну и ту же поверхность нагрева. Очевидно, что при одинаковых периодах нагревания и охлаждения для непрерывного подогрева жидкости нуж­но иметь две камеры: пока в одной из них горячая жидкость охлажда­ется, в другой холодная жидкость нагревается. Затем камеры переклю­чаются с помощью перекидных клапанов, и в следующий период в каж­дой из них теплообмен протекает в обратном направлении. Поскольку по мере нагревания и охлаждения температура стенки и жидкости ме­няется, процесс теплопередачи в регенеративных аппаратах в отличие от рекуперативных является нестационарным и по времени, и вдоль поверхности нагрева.

Регенеративные теплообменники применяются на металлургичес­ких, коксовых и других заводах, где по характеру технологического процесса требуется подогретый воздух и в то же время имеется большое количество отходящих газов с высокой температурой. На электростан­циях принцип регенеративной передачи тепла используется в воздухо­подогревателях Юнгстрема. Аккумулирующая насадка в них выполняется из профильных стальных листов с узкими щелями для прохода газов и воздуха и может вращаться (5—6 об/мин), постоян­но перемещаясь от горячих газов к холодному воздуху, который не­прерывно нагревается.

В промышленности строительных материалов регенераторы при­меняют главным образом в стекловаренных печах и печах для камен­ного литья, где нужно иметь особо высокие температуры рабочего пространства. Необходимость частой перемены направления газов, недолговечность перекидных клапанов, а также неравномерное рас­пределение газов и неполное омывание ими поверхности нагрева обус­ловливают громоздкость регенераторов и ограничивают область их ис­пользования.

В смесительных теплообменных аппаратах теплота пе­редается путем непосредственного соприкосновения и перемешивания теплоносителей. Эти аппараты широко применяют при кондициони­ровании воздуха, для охлаждения воды с помощью воздуха (градир­ни, скрубберы), при конденсации пара и т. д.

 

Рассмотрим методику расчета теплообменных аппаратов непрерыв­ного действия. При расчете теплообменников могут встретиться сле­дующие задачи:

1) определение площади поверхности нагрева S, обеспечивающей передачу заданного количества теплоты от горячего теплоносителя к холодному;

2) определение количества теплоты Q, которое может быть переда­но от горячей жидкости к холодной при известной площади поверхно­сти S;

3) определение конечных температур теплоносителей при извест­ных значениях S и Q.

Основными расчетными уравнениями для решения поставленных задач являются уравнения теплопередачи

Q=KSDt (1)

и теплового баланса

Q=Mlc1(t1'-tl²) = M2c2(t2 ²-t2¢), (2)

где M1, М2 - расходы горячего и холодного теплоносителей; с1, с2 — соответст­вующие теплоемкости теплоносителей; t1', tl², а также t2¢ , t2 ² - начальные и ко­нечные температуры горячего и холодного теплоносителей.

В уравнении (2) величину М обычно заменяют произведением wfr (где w — скорость теплоносителя; f — площадь поперечного се­чения; r — плотность), и уравнение теплового баланса принимает тог­да вид

w1f1r lc1(t1'-tl²) = w2 f2 r 2c2(t2 ²-t2¢). (2')

Если теплоемкость воды принять равной 1 ккал/ (кг • К), то вы­ражение wfrc = Mc =z можно назвать водяным эквива­лентом теплоносителя. Смысл этого понятия состоит в том, что его числовое значение как бы определяет количество воды, равноценное по теплоемкости расходу рассматриваемого теплоносителя в единицу времени. В этом случае уравнение (2¢) примет вид

z1(t1'-tl²) =z2(t2 ²-t2¢) (3)


или

 

z1/z2=Dt2Dt1, (3')

 

т. е. отношение водяных эквивалентов теплоносителей будет обратно-пропорционально температурным перепадам этих теплоносителей.

В общем случае температура горячей и холодной жидкостей в теп-лообменных аппаратах не остается постоянной, поэтому уравнение (1) может применяться лишь в дифференциальной форме для пло­щади поверхности аппарата dS, а именно dQ = KDtdS. Тогда полное количество теплоты, переданной от горячей жидкости к холодной всей площадью поверхности S, определится выражением

. (4)

 

В этом уравнении Dtср представляет собой средний температурный напор, определяемый характером изменения температур жидкостей вдоль поверхности нагрева. Последнее в свою очередь зависит от схемы движения теплоносителей и соотношения значений их водяных эквивалентов. На рис. 1 показаны различные схемы движения потоков жидкостей в теплообменных аппаратах. Если греющая и нагреваемая жидкости перемещаются вдоль поверхности нагрева в одном направлении, то такой ток движения жидкостей называется

параллельным током, или прямотоком (рис. 5, а); встречное параллельное движение жидкостей называется противотоком (рис. 5, б). Если в различных поверхностях нагрева наблюдают­ся оба случая движения, то такой ток называется смешанным (рис. 5, в), и наконец, если оба теплоносителя перемещаются во взаимно перпендикулярных плос­костях, то такой ток их движения называется перекрестным (рис. 5, г, д).

 

 

-

 

Рис. 5 Различные схемы движения жидкостей в теплообменниках:

1, 2 - соответственно горячий и холодный теплоносители

 

Характер изменения температур греющей и нагреваемой жидкостей при различных соотношениях их водяных эквивалентов для случаев прямотока представлен на рис. 6, где по осям абсцисс отложена площадь поверхности нагрева аппарата S, пройденная теплоносителем от начала входа в аппарат, а по осям ординат - значения температур жидкостей в различных местах поверхности. Как следует из равенства (3), больше всего изменяется температура Dt той жидкости, у ко­торой водяной эквивалент меньше. Приведенные графики показывают также, что при противотоке конечная температура холодного теплоно­сителя t2² может быть выше конечной температуры горячей жидкости tl², при прямотоке t2² всегда меньше tl². Это свидетельствует о том, что средний температурный напор при противотоке получается большим, а значит, и сам теплообменник будет более компактным, чем при прямотоке.

 

Рис. 6. Изменение температур тепло­носителей при прямотоке (а) и противо­токе (б)

 

Если наибольшую разность температур горячего и холодного теплоносителей на конце или начале теплообменника обозначить qмакс, а наименьшую - qмин, то для противотока и прямотока получим формулу среднего логарифмического температурного напора греющей и нагреваемой жикостей:

 

. (5)

 

Коэффициент теплопередачи К определяют по формулам приведенным в лекциях посвященным теории теплообмена.








Date: 2015-07-24; view: 706; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2017 year. (0.008 sec.) - Пожаловаться на публикацию