Основы теплопередачи Михеев М.А, Михеева И.М. (1013622), страница 49
Текст из файла (страница 49)
8-5. Е = / (йг,/1Рз! йР/(Рг) — взпомвгательнаяфункция для расчета конечной температуры при противотоке. Значение функции Х = / (йг,/ЯУ„АР/В',) приведено иа рис. 8-3. Для расчета промежуточных значений температуры рабочих жидкостей и количества переданной теплоты в формулах (8-30)— (8-32) значение Р заменяется на Р„; в формулах же (8-27) — (8-29) такая замена производится в числителе, а в знаменателе остается значение полной поверхности Р.
Пример 8-8. Если взять тот же теплообменник, который был рассмотрен в условиях прямотока, и допустить, что"условия теплопередачи остаются без изменения (й =,85 Вт/(и'.'С) 1, то получим соотношения: йг 190 Вт/ С; йтз = !160. Вт/'С; '%'з/%'з = 0,16; йР/)Рг = 1,5. Из рис, 8-5 йаходим значение функции Х: Е (0,16; 1,5) = 0,75. Изменение температуры горячей жидкости по уравнению (8-27) равно: б/! — — (Г~ — Гз) Е = (120 — 10) 0,75 = 82,5'С.
Конечная температура ее Г! — — 120 — 82,5 = 37,5*С. 258 Изменение температуры холодной жидкости по уравнению (8-28): 6/т — — (1~ — гв) — т Е = 110 0,16 0,75 = 13,2'С. (ра Конечная температура ее гв — — 10 + 13,2 = 23,2'С. Количество переданной теплоты определяется по уравнению (8-29): Я = (Р 51 = 190 82,5 = 15 680 Вт. Таким образом, в случае противотока в теплообменнике происходит более глубокое охлаждение горячей жидкости.
в) Сравнение и р я м о т о к а с п р о т и в о т о к о м. Чтобы выявить преимущество одной схемы перед другой, достаточно сравнить количество передаваемой теплоты при прямотоке и противотоке при равенстве прочих условий. Для этого необходимо уравнение (8-26) разделить на уравнение (8-29). В результате этого действия мы получаем новую функцию тех же двух безразмерных аргументов Ю,/(5'в и /гРЛуы характер изменения которой показан на рис.
8-6. Из рисунка следует, что схемы можно считать равноценными в том случае, если величины Яу, и ((Уз обеих жидкостей значительно отличаются друг от друга (при )(У,/'йуз(0,05 и при Яу,ЛГа~ 10) или если значение параметра /гР/'йу, (либо /гР/(Гз) мало. Первое условие равнозначно тому, что изменение температуры одной жидкости незначительно по сравнению с изменением температуры другой.
Далее, поскольку лР/ЯУ = бгз/М, второе условие соответствует случаю, когда средний температурный напор значительно превышает изменение температуры рабочей жидкости. Во всех остальных случаях при одной и той же поверхности нагрева и одинаковых крайних температурах теплоносителей при прямотоке передается меньше теплоты, чем при противотоке. Поэтому с теплотехнической точки зрения всегда следует отдавать предпочтение противотоку, если какие-либо другие причины (например, конструктивные) не заставляют применять прямоток. При этом следует иметь в виду, что при противотоке создаются более тяжелые температурные условия для металла, ибо одни и те же участки стенок теплообменника с обеих сторон омываются рабочими жидкостями с наиболее высокой температурой.
При конденсации и кипении температура жидкости постоянна. Это означает, что водяной эквивалент такой жидкости бесконечно велик. В этом случае прямоток и протнвоток равнозначны, и уравнения (8-26) и (8-29) становятся тождественными. Конечная температура той жидкости, для которой водяной эквивалент имеет конечное значение, определяется следующим образом. При конденсации пара 1(У1= оо; гг (1 = УИ г,=й — (г,— г,)(1 — и '"' ) а=)р,(г,— г,) (1 — " ), При кипении жидкости 1»г=оо1 гг=гг=гг г1 =ге+(г1 — гг) и (8-33) (8-34) (8-35) тг=- й~г (гг — гг) (1 — и '). (8-36) Вместо значений гт и гг в уравнения (8-33) — (8-36) можно подставить температуру стенки, значение которой при этом также постоянно.
Значения функции е ~ю~' = е ' приведены в табл. П-13. кп/ягг-пд В случае перекрестного тока конечные температуры рабочих жидкостей находятся между конечными температурами для прямотока и противотока. Поэтому в приближенных расчетах можно пользоваться методом расчета одной из указанных схем. Если одна из жидкостей движется навстречу другой зигзагообразно (смешанный ток то асчет может га пв ав игггигг )(пг пав и! аг ав 1 г а гп гп Рис. 8-6.
ггпу = 1(аггг игг' йр!'йтг) — сравнение пряиотока и противотока. ) р быть произведен, как для противотока. 5. Влияние тепловых потерь и проницаемости стенок. Все вышеприведенные формулы справедливы для случая, когда тепловые потери во внешнюю среду равны нулю. В действительности они всегда имеются. Учесть их влияние можно, однако расчетные формулы при этом становятся достаточно сложными. Поэтому для учета влияния тепловых потерь в практике обычно применяется приближенный метод, который состоит в следующем. Тепловые потери горячей жидкости вызывают более сильное падение ее температуры.
Это равносильно случаю, когда теплоотдающая жидкость в аппарате без потерь в окружающую среду имела бы меньшее значение водяного эквивалента. Поэтому влияние потерь в окружающую среду можно учесть, изменив водяной эквивалент теплоотдающей жидкости в тепловом аппарате таким образом, чтобы в последнем происходило такое же понижение температуры, как и при потоке с действительным водяным числом при наличии тепловых потерь. Тепловые потери со стороны холодной жидкости оказывают обратное влияние, они уменьшают повышение температуры жидкости, что приводит к кажущемуся увеличению ее водяного эквивалента.
Наличие присоса наружного холодного воздуха оказывает такое же влияние, как и внешняя потеря теплоты. Присосанный воз- 260 дух на горячей стороне понижает температуру жидкости (газа) точно так же, как если бы теплообменный аппарат был абсолютно непроницаем, но жидкость имела бы меньшее значение водяного эквивалента. Присос воздуха на холодной стороне понижает температуру холодной жидкости, что равносильно увеличению значения водяного эквивалента. Если потеря теплоты составляет р '/« к общему количеству передаваемой теплоты, то вместо действительного значения яГ в расчетные формулы следует подставить значение 1Г, которое определяется следующим образом: Ю-=Яг(1-~ р(18О). (8-37) Знак « †» берется для горячей, а знак «+» для холодной жидкости.
При таком способе учета внешних тепловых потерь все приведенные выше формулы для расчета конечных температур можно принять без какого-либо изменения. Е-З. теплООеменные РегенеРАтивные и смесительные АППАРАТЫ 1. Регенеративные аппараты. Регенеративными называются такие теплообменные аппараты, в которых процесс теплопередачи от горячего теплоносителя к холодному во времени разделяется на два периода. В течение первого периода через аппарат протекает горячий теплоноситель, теплота которого передается стенкам и в них аккумулируется. При этом теплоноситель охлаждается, а стенки аппарата нагреваются — это так называемый период нагревания. В течение второго периода через аппарат протекает холодный теплоноситель, который отнимает аккумулированную в стенках теплоту.
При этом теплоноситель нагревается, а стенки охлаждаются — это период охлаждения. Таким образом, в регенеративных аппаратах горячий и холодный теплоносители протекают в одном и том же канале и попеременно омывают одну и ту же поверхность нагрева. В регенератив. ных аппаратах процесс теплопередачи нестационарен. По мере нагревания и охлаждения температура стенки меняется. 0 характере ее изменения за период охлаждения дают представление кривые на рис.
8-7. На рис. 8-8 приведены кривые изменений температуры Г, некоторого участка поверхности за периоды нагревания и охлаждения. Вместе с изменением температуры стенки, конечно, изменяется во времени и температура жидкости (за исключением температуры ее на входе в аппарат). Кроме изменения во времени все температуры в регенераторах изменяются также и вдоль поверхности нагрева. Пусть имеется регенератор для подогрева воздуха: внутренняя насадка для аккумуляции теплоты состоит из кирпича и образует прямые каналы (рис. 8-9, а). Горячие газы движутся сверху вниз, 261 а холбдный воздух — снизу вверх. Кривые изменений температур как во времени, так и вдоль поверхности приведены на рис.
8-9, б. Температура газов 1, в начале периода нагревания представляется кривой 3, в конце периода — кривой 1 и средняя за период нагревания — кривой 2. Температура поверхности г', в конце периода нагревания и начале периода охлаждения представляется кривой 4, в начале периода нагревания и конце периода охлаждения — кривой 7, средняя за период нагревания „— кривой б, средняя за период охлаждения В,з — кривой б. Температура воздуха Вз в начале периода охлаждения представляется кривой 8, в конце периода — кривой 10, средняя за период охлаждения — кривой 9. оВ При таком сложном распре- тлт делении температур и изменении температурного напора во времени и пространстве точный тепло.
«ВВ ВВВ ВВВ 1ВВ В 1О 7У ВВмм Рис. 8-8. Характер изменения температуры поверхности насадки регенератора (температурное кольвой расчет регенеративных аппаратов весь- "о) за п'риод насра. ма затруднителен.Однакоесли пользоваться л д ия средними температурами за цикл (рис. 8-10), то тепловой расчет регенеративных аппаратов можно свести к расчету рекуперативных, основы которого были рассмотрены выше. При этом в качестве расчетного интервала времени берется длительность цикла т, = т, + т, и уравнение теплопередачи принимает вид: Як=А (Вх — 1,), (8-38) где йк — коэффициент теплопередачи цикла, значение которого определяется выражением 1 й = 1 1 е„, + мята мат» (8-39) где сс, — суммарный коэффициент теплоотдачи за период нагревания (с учетом излучения газов); аз — суммарный коэффициент теплоотдачн за период охлаждения; тх и т, — период нагревания и охлаждения; ва — поправочный коэффициент, учитывающий то обстоятельство, что средние температуры поверхности эа период нагревания г„и период охлаждения („не равны между собой, еа — — 1 — ((ст — (сз)/(1,— 1,); обычно значение еа ж 0,8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
