Тепловой расчет теплообменника

Различают проектный и поверочный расчеты теплообменников.

Цель проектного расчета – определение необходимой площади F для обеспечения заданного переноса теплоты от одного теплоносителя к другому.

Цель поверочного расчета – определение количества передаваемой теплоты и конечных температур теплоносителей в данном теплообменнике
с заданной площадью F при заданных условиях его работы.

Основы расчетов: уравнения теплопередачи и тепловых балансов.

Проектный расчет теплообменника.

Задано: расход,  одного из теплоносителей,  другого теплоносителя. Расход тепла  определяется по основному уравнению теплопередачи

.                                       (84)

Тепловой баланс можно записать следующим образом

.                      (85)

Здесь – расходы теплоносителей;  – начальная и конечная энтальпии более нагретого теплоносителя;  – конечная и начальная энтальпии менее нагретого теплоносителя.

В уравнение (85) два неизвестных  и . Необходимо задаваться одной из величин. Задаемся  Тогда из (85) определяется  

Если теплоносители не меняют своего агрегатного состояния, то

,

где с – теплоемкость теплоносителя при

Температура  находится как среднеарифметическое

где i = 1,2.

Среднюю движущую силу  определяют как среднелогарифмическую

.                                              (86)

Формула справедлива для модели идеального вытеснения.

Если один из теплоносителей меняет фазовое состояние, например, происходит конденсация пара, тогда имеем

.                         (87)

Здесь Н_п, Н_к – энтальпии пара и конденсата соответственно.

Если  то . В аппаратах с противотоком DT_ср больше, чем в аппаратах с прямотоком (рис. 2.19) Определение коэффициента теплопередачи K

.                                     (88)

T ∆Tм ∆Tб ∆Tм F	T T F ∆Tб	F ∆Tб ∆Tм
противоток	прямоток	противоток при конденсации пара

Рис. 2.19. К определению ∆T_ср

Коэффициенты теплоотдачи a₁ и a₂ зависят от режимов течения теплоносителей, которые без реального аппарата неизвестны, поэтому принимаем ориентировочное значение K. Приближенное значение K можно найти в справочной литературе.

По известным  определяют предварительное значение F_ср.

Поверочный расчет теплообменника.

Поверочный расчет теплообменника проводят после выбора конструкции теплообменника (нормализованного). Производят уточненный расчет a_i, K, F_расч. Далее выполняют сопоставление F_расч и F_норм. Если
F_норм > F_расч расчет прекращают. Разница ∆F = F_норм – F_расч не должна превышать допустимый запас. Если F_норм < F_расч необходимо брать ТО большей площадью и все повторить.

На рис. 2.20 приведена схема теплового расчета теплообменника.

Рис. 2.20. Схема теплового расчета теплообменника

Контрольные вопросы

1. Приведите классификацию тепловых процессов по диапазону рабочих температур. Какие технологические процессы к ним относятся?

2. Приведите классификацию теплоносителей по назначению, агрегатному состоянию и по диапазону рабочих температур.

3. Какие требования предъявляется к теплоносителям?

4. Перечислите преимущества и недостатки подвода теплоты водяным паром и парами высокотемпературных теплоносителей.

5. Перечислите преимущества и недостатки схем обогрева
с естественной и вынужденной циркуляцией жидких ВОТ.

6. Охарактеризуйте область применения градирен, приведите схему градирен с естественной и принудительной тягой.

7. Дайте классификацию теплообменников.

8. Опишите устройство и принцип действия одно- и многоходовых кожухотрубчатых теплообменников.

9. Охарактеризуйте температурные компенсаторы в кожухотрубчатых теплообменников.

10. Перечислите достоинства и недостатки змеевиковых, оребренных
и пластинчатых теплообменников.

11. Дайте сравнительный анализ змеевиковых и спиральных теплообменников.

12. Расскажите о теплообменниках с греющей «рубашкой»
и схематично изобразите их.

13. Опишите устройство и принцип действия регенеративных теплообменников.

14. Опишите устройство и принцип действия смесительных теплообменников.

15. Опишите устройство и принцип действия барометрических конденсаторов. Укажите назначение барометрической трубы.

16. Приведите последовательность расчета теплообменника.

17. Покажите схему проектного расчета поверхностных теплообменников.

18. Покажите схему поверочного расчета поверхностных теплообменников.

19. Запишите основные уравнения, применяемые при расчете рекуперативных теплообменников.

20. Охарактеризуйте области применения рекуперативных, регенеративных и смесительных теплообменников.