Головна

Основні положення теплового розрахунку

  1.  B.1.1 Основні положення
  2.  E.2 Моделі спрощеного розрахунку
  3.  ER-модель бази даних. Основні нотації зображення ER-моделі.
  4.  I. ОСНОВНІ СТРАХОВІ ПОНЯТТЯ
  5.  I. ОСНОВНІ СТРАХОВІ ПОНЯТТЯ
  6.  II. ОСНОВНІ ІДЕЇ І ВИСНОВКИ ДИСЕРТАЦІЇ
  7.  II. Основні правила оформлення посилань і списку використаної літератури

При проектуванні нових апаратів метою теплового розрахунку є визначення поверхні теплообміну, а якщо остання відома (при використанні існуючих конструкцій), то метою розрахунку є визначення кінцевих температур робочих рідин або їх витрат.

Основними розрахунковими рівняннями теплообміну при стаціонарному режимі є рівняння теплопередачі і рівняння теплового балансу.

рівняння теплопередачі

, Вт, (7.1)

де Q - Тепловий потік;

k - Середній коефіцієнт теплопередачі, ;

F - Поверхня теплообміну в апараті, ;

 - Відповідно температури гарячого і холодного теплоносіїв.

Рівняння теплового балансу за умови відсутності теплових втрат і фазових переходів:

або

, Вт, (7.2)

де и  - Масові витрати теплоносіїв, кг / сек;

и  - Середні масові теплоємності рідин в інтервалі

температур від  до , Дж /(кг. град);

и  - Температури рідин при вході в апарат;

и  - Температури рідин при виході з апарату.

величину твори

, Вт / град

називають водяним, або умовним еквівалентом.

З урахуванням останнього рівняння теплового балансу може бути представлено в наступному вигляді:

 , (7.3)

де и  - Умовні еквіваленти гарячої і холодної рідин.

У тепловому апараті температури гарячої та холодної рідин змінюються обернено пропорційно їх умовним еквівалентів. Це співвідношення зберігається і для кожного елемента поверхні апарату.

При виведенні основного рівняння теплопередачі (3.4) і (3.5) приймалося, що температури гарячої та холодної середовища в теплообмінному апараті не змінюються. Насправді температури робочих рідин при проходженні через апарат змінюються, причому на зміну температур великий вплив мають схема руху рідин і величини умовних еквівалентів.

Якщо по осі абсцис відкладати значення поверхні апарату F, А по осі ординат - значення температур в різних точках поверхні t, То для апаратів з прямотоком можна дати температурні графіки, представлені на рис. 7.2, а для апаратів з противотоком - На рис. 7.3. Верхні криві на графіках показують зміна температури гарячого теплоносія, нижні - холодного.

t t


F F

       
   


Рис.7.2. Графік зміни температур при прямотоке

Як видно з рис. 7.2, при прямотоке кінцева температура холодного теплоносія завжди нижче кінцевої температури гарячого теплоносія.

t t

       
   


F F

       
   


Рис.7.3. Графік зміни температур при противотоке

При противотоке (рис. 7.3) кінцева температура холодної рідини може бути значно вище кінцевої температури гарячої рідини. Отже, в апаратах з противотоком можна нагріти холодне середовище, до більш високої температури, ніж в апаратах з прямотоком, При однакових початкових умовах. Крім того, як видно з малюнків, поряд зі змінами температур змінюється також і різницю температур між робочими рідинами, або температурний напір .

величини и k можна прийняти постійними тільки у межах елементарної поверхні теплообміну dF. Тому рівняння теплопередачі для елемента поверхні теплообміну dF справедливо лише в диференціальної формі:

 . (7.4)

Після інтегрування тепловий потік, переданий через всю поверхню F при постійному середньому коефіцієнті теплопередачі k, Визначається за формулою

, Вт, (7.5)

де  - Середній логарифмічний температурний напір по всій

поверхні нагрівання.

Якщо прийняти, що температура теплоносіїв змінюється за законом прямої лінії, то середній температурний напір в апараті дорівнює різниці среднеарифметических величин:

 . (7.6)

Однак температури робочих рідин найчастіше змінюються по криволінійному закону. Тому рівняння (7.6) буде тільки наближеним і може застосовуватися при невеликих змінах температури обох рідин.

У цьому випадку після інтегрування рівняння (7.4) по поверхні з використанням початкових і кінцевих температур гарячого і холодного теплоносіїв отримують рівняння

, Вт, (7.7)

де  - Найбільша різниця температур робочих рідин на одному кінці

апарату;

 - Найменша різниця температур робочих рідин на іншому кінці

апарату.

Порівнюючи рівняння (7.7) і (7.5), отримуємо:

 . (7.8)

Ця величина називається среднелогаріфміческім температурним напором.

Таким чином, для апаратів:

- З прямотоком

 ; (7.9)

- З протитечією

 . (7.10)

чисельне значення  для апаратів з протитечією при однакових умовах завжди більше  для апаратів з прямотоком, тому апарати з протитечією мають менші розміри.

Среднелогаріфміческій температурний напір апаратів з перехресним струмом розраховується, як для протитоку з введенням поправочних коефіцієнтів, отриманих експериментальним шляхом, які наводяться в довідковій літературі.

Питання для самоконтролю до розділу 6

1. Що називається теплообмінних апаратом?

2. На які групи діляться теплообмінні апарати?

3. За якими схемами здійснюється рух рідин?

4. Основне рівняння теплопередачі і теплового балансу.

5. Яка величина називається умовним еквівалентом?

6. Як змінюються температури рідин і умовні еквіваленти в апаратах?

7. Графіки зміни температур робочих рідин в апаратах з прямотоком

і протитечією.

8. Як визначається середньоарифметичний температурний напір в

теплообмінному апараті?

9. Висновок рівняння среднелогаріфміческого температурного напору.

10. Написати рівняння среднелогаріфміческого температурного напору для

апаратів з прямотоком і протитечією.

 



 Типи теплообмінних апаратів |  Тести на розвиток

 Теплообмін при перебігу рідини уздовж пластини |  Теплообмін при поперечному обтіканні одиночної труби |  Теплообмін при поперечному обтіканні пучка труб |  Конвективний теплообмін у вільному потоці рідини |  Загальні відомості про теплове випромінювання |  Основний закон поглинання |  Основні закони теплового випромінювання |  Променистий теплообмін між твердими тілами |  випромінювання газів |  складний теплообмін |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати