В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А. С. Сукомел - Теплопередача (1013600), страница 95
Текст из файла (страница 95)
Теплообмен между теплоноснтелями ивляетсв одним из наиболее важных н часто используемых в технике процессов. Например, получение пара зацанных параметров в совремеяном парогенерзторе основано на процессе передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. В конденсаторах и градврнях тепловых электростанций, воздухоподогревзтелях доменных печей н многочисленных теплообменных устройствах хиынческой промышленности основным рабочим процессом является процесс теплообменв между теплоносителянн. По прянципу действия теплообменнме аппараты могут быть разделены на рек>перативные, регенеративные н смесительные.
Выделяются еще теплообменные устройства, в которых нагрев илн охлаждение теплоносителя осуществляется за счет внутренних источников тепла. Ре купе ратин ные теплообменные аппараты представляют собой устройства, в которых две жидкости с различными температурамн теиут в пространстве, разделенном твердой стенкой. Теплообмен происходит за счет ионвекцип и теплопроводности стенки, а если хоть одна из жидкостей является излучающим газоы, то и за счет теплового излучении. Примером таких аппаратов являются парогенераторы, подогреввтели, конденсаторы, выпарные аппараты и др. Р ег е н е р а торы — такие теплообменпые аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева через определенные прел~смутив времени омывается то горячей, то холодной жидкостью.
Сначала поверхность регенератора отбирает теплоту от горячей жидкости и нагревается, затем поверхность регеператора отдает знертию хололной жидкости. Таким образом, в регенераторах теплообмеи всегда происходит в нестационарпых условиях, тогда как рек>ператнвные теплообменные апгараты большей частью работают в стационарном режиме. Типичным примером регенеративных аппаратов являются воздухоподогреватели мартеновских и доменных печей. Таи как в регеператнвных и рекуперативных аппаратах процесс передачи теплоты неизбежно связав с поверхностью твердого тела, то их еще называют поверхностными. В с не сите льн ы х аппаратах теплопередача осуществляется при непосредственном контакте н Смешении горячей и холодной жидкостей. Типичным примером таких теплообменников являются градирни тепловых электрических станций.
В градирнях вода охлаждаегся атмосферным воздухом. Воздух непосредственно соприкасается с водой и пере- ФП мешивается с паром, возникающим нз-за частичного испарения воды. В этом процессе объединяются тепло н массообмен. В теплообменниках с внутренними нсточннкамн з пер гни применяются не даа, как обычно. а один теплоноситель, который отводит теплоту, выделышую в самом аппарате. Прпыером таких аппаратов могут служить ядерные реакторы, злектроивгреватели н другие устройства. Независимо от принципа действия теплообменные аппараты, прниеняющиеся в различных областях техники, как правило, ешеют свои специальные названия. Зги названия опредешются технологическим назначением и конструктивными особенностями теплообменных устройств.
Однако с теплотехнической точки зрения все аппараты имеют одно назначение — передачу теплоты от одного теплоносителя к другому или поверхности твердого тела к движущимся теплоноснтелям. Последнее и определяет те общие положения, которые лежат в основе теплового расчета любого теплообменного аппарата. ш-з.
осноиныя попажпния и звавнинмп тяпвоаого едсчшд Тепловые расчеты тепчообменных аппаратов мог>т быть проектными н поверочными. Проектные (конструктивные) тепловые расчеты выполняютсв при проектировании новых аппаратоа, целью расчета является определение поверхности теплообмена. Поверочные тепловые расчеты выполняются в случац если известна поверхность нагрева теплообменного аппарата и требуется определить количество передаиного тепла н конечные температуры рабочих жидкостей. Тепловой расчет теплообменных аппаратоа сводится к совместному решению уравнений теплового баланса и тепло- передачи.
Зги два уравнения лежат в основе любого теплового расчета. Уравнения теплового баланса и теплапередачи, будучи едиными по существу, различны в деталях в зависимости от типа рассматриваемого тсплообменняка (рекуператнаный, регенератнвиый илн смесительный). Ниже названные уравнения приводятся для рекуперативных теплообменпиков. Будем рассматривать стационарный режим работы теплообменинка. Уравнение теплового бала пса. Измевенне зптальпии теплоносителя вследствие тегшообмена определяется соотношением (19-1) где 6 — расход массы, кг)с; 1 — удельная зитальпия, Дж)нг( Ц() измеряется в Дж(с илн Вт.
Для конечных изменений знтальпии, полагая, что расход массы неизменен, (19-л) Здесь Г н г"' — начальная н конечная знтзльпии теплоносителя. Если теплота первичного (горячего) теплоносителя воспрнннмзетсв вторичным (холодным), то уравнение теплового баланса без учета чч2 потерь теплоты запишется квк 6('! = — Сгйй = С»61« (19-3) нлн для конечного изменении знтальпня а=61(рг — 1"г) оз(("3 — 1'а); (194) здесь н в дэльнейшем индекс «1» означает„что даннзя величина отнесена к горячей жидкости, а индекс «2» — к холодной. Обозначение (') соответствует данной веля«вне на входе в теплообменняк, (") — нэ выходе.
Полагая, что с»=сонэ! н 6(=с»61, предыдущне урввненпя можно записать так: г(а=ас 61; (19-! ') ()-Сс»(!" — Р)! [ 19-2') 0=6!с»ь (! г — ! ~) =С»сж(~ »~ »). (19-4') Удельная теплоемкость с» заанснт от темпервтуры. Поэтому в практических расчетах в урзвнение (19-4) подставляется среднее значение нзобарной тсплоемкостн в интервале темперзтур от !' до 1". В тепловых рзсчетзх часто пользуются понятием полной теплоемкости массового расхода теплоноснтеля в единицу временн, определяемой выражением С= Сс» (19-6) н нзмеряющейся н Вт(К.
В литературе величину С называют также водяным аквявзлентом. Из уравнения (19-4) следует, что с, г", — г'. !йй (19-6) Последнее уравнение указывает на то, что отношение изменений температур однофазных теллоноснтелей обратно пропорционально отношению их рзсходныХ теплоемкостей (нлн водяных эквивалентов). Нетрудно вцкеть, что при изменении агрегатного сОстояния тэплоносптеля температура его сохраняется постоянной к 61 будет равно нулю. Следовательно, для такого тенлоносятеля теплоемкость массового расло да С=- ю.
Соотношение (!9-6) справедливо кзк для конечной поверхности теплообменв Р, твк к для любого элементарного участка г(Г, т. е. С, н~« с', нн (19 6') Уравнение тепло передачи служит чаще всего для определения поверхности теплообмена н запнсызэется как ()=А(й — В)Р, (19-7) еде й — коэффпцнент теплопередачн; 1, я 1,— соответственно температуры первичного и нторпчного теплоносителей; Р— величина поверхности теплопередачнг !3 измеряется в ввгтах.
Урввненне (19-7) справедливо в нредпаложенпп, что !г к (з остаются постояннымя но всей поверхности теплообмена, однако этн условия лыполнякггся только в частных случаях. В общем случае !г и 1з изме. 443 няются по поверкности и, следовательно, изменяется и температурный напор ст1=1г-(з. Изменяется и коэффициент теплоотдачи по поверхности теплообмена. Величяны б( и А можно принять посюянными только в пределах элементарной площадки поверхности теплообмена ЫР. Следовательно, уравнение теплопередачи справедливо лишь в дифференциальной форме дпя элемента поверхности теплообмена: о(с =йй(пг. (19-8) Общий тепловой поток через поверхность теплообмена определятси интегралом Р (19-9) (19-1 1) Для решения последнего ураниения необходимо знать закон изме- нения б( и А по поверхности.
Коэффициент теплопередачн Д, ВтПмз.К), н большинстве случаев кзмепяется незначитезьно и его можно привять постоянным. Для случаев, когда коэффициент тепло- передачи существенно изменяема ив отдельных участках поверхиошп теплообмена, его усредняют: Ьа + Ргэч+ - + л а (19-19) Д1 л, ая Приняв таким образом постоянное значение коэффициента тепло- передачи по всей поверхности, уравненне (199] можно записать в виде Р () =й~ бЫР.
Если пОследнее уравнение умножить и разделить на г", то получим: г д=й( ~1 ~б(др т г=йыр1 (19 19) здесь (С измеряется в ваттах. Выражение (19-12) является вторым основным уравнением при тепловом расчете теплообменных аппаратов п называется уравнением теплопередачн, При конструктивном расчете теплообменных устройств тепловая пронзводптельиосгь (;1, Вт, задается; требуется определить величину поверхности теплообмеиа Е. Последняя найдется из уравнения (19.12) г"==. АЫ Из этого ураввения следует, что при нахождении поверхности теп- лообмона задача сводите» к вычислению коэффициента теплояеоедачи Х и редненного по всей поверхности температурного напора йб Д ля плоской стенки, например, коэффициент теплопередачи, изме- ряемый в Вт/(мз К), находится из уравнения 1 й= 1 к.~ З, дд Л, гп ! г> зг Коэффициенты теплоотдачн щ и пз могут учитывать не только кон.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
