Тепловые балансы

Тепло, отдаваемое более нагретым теплоносителем (Q₁), затрачивается на нагрев более холодного теплоносителя (Q₂), и некоторая относительно небольшая часть тепла расходуется на компенсацию потерь тепла аппа­ратом в окружающую среду (Q _п). Величина Q _п в теплообменных аппара­тах, покрытых тепловой изоляцией, не превышает ~3-5% полезно используемого тепла. Поэтому в расчетах ею можно пренебречь. Тогда тепловой баланс выразится равенством

Q = Q ₁ = Q ₂

где Q — тепловая нагрузка аппарата.

Пусть массовый расход более нагретого теплоносителя составляет Q ₁, его энтальпия на входе в аппарат I _1н и на выходе из аппарата I _1к. Соответственно расход более холодного теплоносителя — G ₂, его начальная энтальпия I _2н и конечная энтальпия I _2к. Тогда уравнение теплового баланса

Q = Q ₁(I _1н– I _1к) = Q ₂(I _2к– I _2н) (XI,1)

Если теплообмен протекает без изменения агрегатного состояния теп­лоносителей, то энтальпии последних равны произведению теплоемкости с на температуру t:

I _1н = c _1н t _1н I _1к = c _1к t _1к

I _2к = c _2к t _2к I _2н = c _2н t _2н

Величины с _1н и с _1к представляют собой средние удельные тепло­емкости более нагретого теплоносителя в пределах изменения температур от 0 до t _1н (на входе в аппарат) и до t _1к (на выходе из аппарата) соответ­ственно. Величины c _2н, и с _2к — средние удельные теплоемкости более холодного теплоносителя в пределах 0— t _2н и 0— t _2к соответственно. В пер­вом приближении вместо средних удельных теплоемкостей в выражения энтальпий могут быть подставлены истинные удельные теплоемкости, отвечающие среднеарифметической температуре, например t /2, при изме­нении температур от 0 до t.

В технических расчетах энтальпии часто не рассчитывают, а находят их значения при данной температуре из тепловых и энтропийных диаграмм или из справочных таблиц.

Если теплообмен протекает при изменении агрегатного состояния теплоносителя (конденсация пара, испарение жидкости и др.) или в про­цессе теплообмена протекают химические реакции, сопровождаемые тепловыми эффектами, то в тепловом балансе должно быть учтено тепло, выделяющееся при физическом или химическом превращении. Так, при конденсации насыщенного пара, являющегося греющим агентом, вели­чина I _1н в уравнении (XI,1) представляет собой энтальпию поступающего в аппарат пара, а I _1к — энтальпию удаляемого парового конденсата.

В случае использования перегретого пара его энтальпия I _1н скла­дывается из тепла, отдаваемого паром при охлаждении от температуры t _н до температуры насыщения t_нас, тепла конденсации пара и тепла, выде­ляющегося при охлаждении конденсата:

Q = G(I _1п – t _1к) = Gc _п(t _п - t _1нас) + Gr + Gc _к (t _нас – t _к (XI,2)

где r — удельная теплота конденсации, дж/кг; с _п и с _к — удельные теплоемкости пара и конденсата, дж/(кг×град), t _к — температура конденсата на выходе из аппарата.

При обогреве насыщенным паром, если конденсат не охлаждается, т.е. t _k = t _n = t _нас, первый и третий члены правой части уравнения (XI,2) из теплового баланса исключаются.

Произведение расхода теплоносителя G на его среднюю удельную теплоемкость с условно называется водяным эквивалентом W. Численное значение W определяет массу воды, которая по своей тепло­вой емкости эквивалентно количеству тепла, необходимому для нагрева­ния данного теплоносителя на 1 °С, при заданном его расходе. Поэтому если теплоемкости обменивающихся теплом жидкостей (c₁ и с₂ можно считать не зависящими от температуры, то уравнение теплового баланса (XI,1) принимает вид

Q = G ₁ с ₁ (I _1н – t _1к) = G ₂ c ₂(t _к - t _1н) (XI,3)

или

Q = W_t (t_1н – t_1к) = W₂ (t_2к - t_2н) (XI,3а)

где W₁ и W₂ — водяные эквиваленты нагретого и холодного теплоносителя соответственно.

Date: 2015-10-22; view: 1127; Нарушение авторских прав