Конструктивный расчет теплообменников




Практическая работа № 47

Тепловой расчет теплообменных аппаратов

Конструктивный расчет теплообменников

 

Тепловые расчеты теплообменных аппаратов могут быть конструктивными и проверочными.

Тепловой расчет теплообменников конструктивный – выполняется при проектировании новых аппаратов, целью расчета является определение поверхности нагрева теплообмена. Для этого задаются начальными и конечными параметрами теплоносителей.

Тепловой расчет теплообменников проверочный – выполняется в случае, если известна поверхность нагрева теплообменного аппарата, целью расчета является определение количества переданной теплоты и конечных температур рабочих жидкостей.

 

В обоих случаях тепловой расчет теплообменных аппаратов сводится к совместному решению уравнений теплового баланса и теплопередачи. Эти два уравнения лежат в основе любого теплового расчета.

1) Определение теплового потока

Тепловой поток в теплообменном аппарате может быть определен из уравнения теплового баланса как поток теплоты, отданный нагревающей жидкостью:

Q1= G cр1 ·(t1' - t1"), (1)

или как поток теплоты, воспринятый холодной (нагреваемой) жидкостью:

Q2= G2 ·cр2 ·(t2' - t2"), (2)

Следовательно, уравнение теплового баланса для теплообменного аппарата при отсутствии тепловых потерь наружу имеет вид:

(3)

 

 

где G — массовый расход теплоносителя, кг/с;

cр1 и cр2 —теплоемкости горячей и холодной (нагреваемой) жидкостей соответственно, Дж/(кг·К);

t1 и t2 – температуры теплоносителей, ˚С.

Здесь и далее индексы 1, 2 относятся соответственно к горячей и холодной жидкостям, индексы ', " — к параметрам жидкости на входе в аппарат и на выходе из него.

Величина G·ср= С = W представляет собой полную теплоемкость массового расхода теплоносителя в единицу времени и называется расходной теплоемкостью, или водяным эквивалентом.

G = ρ· w·F где w – скорость теплоносителя; F – сечение канала.

Если водяной эквивалент ввести в уравнение теплового баланса (3), то оно принимает вид:

Q = С1 (t1' − t1") = С2 (t2" − t 2 '),

откуда

(4)

 

то есть в теплообменных аппаратах температуры горячей и холодной жидкостей изменяются пропорционально их расходным теплоемкостям. В общем случае температуры жидкостей внутри теплообменника не остаются постоянными.

 

2) Определение площади поверхности нагрева

Площадь поверхности нагрева теплообменного аппарата, F, м2, находят из уравнения теплопе-редачи:

Q = k·F ·∆t, (5)

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К); ∆t – средняя разность температур нагревающей и нагреваемой жидкостей, ˚С.

Зная величины Δt, Q и k, можно вычислить поверхность теплообмена:

. (6)

 

 

3) Определение средней разности температур.

Средняя разность температур ∆t нагревающей и нагреваемой жидкостей, зависит в основном от их начальных и конечных температур и схемы теплообмена (прямоточной, противоточной, перекрестной, смешанной и др.).

В теплообменном аппарате на всем пути движения нагревающей и нагреваемой жидкости разность температур ∆t вдоль потоков жидкостей, участвующих в теплообмене различна.

Рассмотрим теплообменный аппарат, работающий по схеме прямотока (рис. 1) и противотока (рис. 2)

При этом при прямотоке температура горячей жидкости понизится на dtж1, а холодной - повысится на dtж2., а при противотоке - температура горячей и холодной жидкости понижается на на dtж1 и на dtж2.

Для прямоточной схемы движения теплоносителей:

D tб = t1'− t 2 ';

D tм = t1" − t2".

где Dtб – максимальная разность температур теплоносителей;
Dtм – минимальная разность температур теплоносителей.

Для противоточной схемы движения теплоносителей:
D tб = t1'− t2";

D tм = t1" − t 2 '.

Если изменение температур в теплоносителях не очень большое Dtб /Dtм < 2, то для определения среднего температурного напора можно пользоваться средний арифметическим температурным напором:

Dt = (Dtб +Dtм) /2.

4) Среднелогарифмический температурный напор – средний по поверхности теплообмена температурный напор в теплообменном аппарате, равный большей разности за вычетом меньшей разности температур на концах теплообменника, деленных на натуральный логарифм отношения этих разностей.

Тогда

(7)

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-11-18 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: