Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Такие аппараты многочисленны и по своему назнач1нию и конструктивному оформлению весьма разнообразны. По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекупераиьивнае, регенеративные и смесительные. Рекуператнвными называются такие аппараты, в которых горячая и холодная жидкости протекают одновременно, и тепло передается через разделяющую их стенку. Примером таких аппаратов являются паровые котлы, бойлеры, подогреватели, конденсаторы и др.
Регенеративными называются такие аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается то горячей, то холодной жилкостью. При протекании горячей жидкости тепло воспринимается стенками аппарата и в них аккумулируется, при протекании же холодной жидкости это аккумулированное тецло передается холодной жидкости.
Примером таких аппаратов являются регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, возлухоподогреватели доменных печей, воздухоподогреватели Юнгстрема и др. В рекуперативных и регенер, тинных аппаратах процесс передачи тепла неизбежно связан с поверхностью твердого тела. Поэтому такие аппараты называются также поверхностными. В смесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит путем непосредственного соприкосновения и смешения горячей и холодной жидкостей. В этом случае теплопеРедача протекает одновременно с материальным обменом. Примером таких теплообменников являются башенные охладители (гралирвч), скрубберы и др. Специальные названия теплообменных аппаратов обычно опрелеляются их назначением, например, паровые котлы, печи, водоподогревателн, испарителн, перегреватели, конденсаторы, деаэраторы и т. л.
Несмотря на большое разнообразие теплообменных аппаратов по виду, >стр;1йству, принципу действия и рабочим телам, назначение их в конце концов одно и то же, это †передача тепла от одной, горячей жидкости к другой, холодной. Поэтому и основные положения теплового расчета для них остаются об1цими. При проектировании новых аппаратов целью расчета является определение поверхности нагрева. Если же послед- РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ 250 ! !'л, а няя известна, то целью расчета является установление режима работы аппарата и определение конечной темпе ратуры рабочих вн идностей. В обоих случаях основными расчетными уравнениями являются: уравнение теплопередачи Я = йР'(1! — ~а) икал)чае и уравнение теплового баланса ' Я = тоДтгс ! (~!' — г!") = ТеаЯ~ас (Ц' — 8а') икал)чае.
(2) Здесь и ниже индекс (1) означает, что величины относятся к горячей жидкости, а индекс (2) — к холодной. Вторым индексом (') обозначается температура при входе, а индексом (") — при выходе рабочей жидкости из аппарата. Индекс Я, которым выше обозначали температуру жидкости, ради сокращения здесь опускается. При выводе расчетных формул теплопередачи (см.
гл. 7) было принято, что в любой точке теплообменного устройства температура рабочей жидкости остается постоянной. Однако, это положение справедливо лишь при кипении жидкости и конденсации паров. В общем же случае температура рабочих жидкостей в теплообменниках изменяется — горячая охлаждается, а холодная нагревается. Вместе с этим изменяется и температурный напор между ними М,=(1,— 1а)!. В таких услониях уравнение теплопередачи (!) применимо лишь в дифференциальной форме к элементу поверхности аг", а именно: дЯ= 'яМ,аг! ккал)чае Общее же количество тепла, переданное через всю поверхность г, определяется интегралом этого выражения: Г,) = ~ йМгагг='кМГ ккал)чае.
о Это и есть расчетное уравнение теплопередачи. Здесь М среднее значение температурного напора по всей поверхности нагрева. В тепловых расчетах очень важное значение имеет понятие о так называемом водяном эквиваленте теплонови= тели В', численная величина кото о пределяет собой количество воды, которое по теплоемкости эквивалентно В этом уравнении и — часовая скорость жидкости, м/час. й зз1 ОСНОВНЫЬ ПОЛОЕ(ЕНИЯ ТЕНЛОВОГО РАСЧЕТА 251 теплормкости часового количества рассматриваемой жидкости, т.
е. Ж' теТ/ер У/ср — 0ер ккпл/чпе С (4) где те — часовая скорость: У в объем часового расхода жидкости; Π— вес часового расхода жидкости. Если ввести водяной эквивалент в уравнение теплового баланса (2), то оно принимает вид: Ю!(Е! г! ) =Же(Ге — !Я) ккйл/чйс, откуда !1 г! ьг! К2 !.," — г; з'!! й! ' (5) Последнее означает, что отношение изменения температуры рабочих жидкостей обратно пропорционально отношению их водяных эквивалентов.
Такое соотношение справедливо как для всей поверхности на!.рева е, так и для каждого ее элемента !ЕГ, т. е. (б) где !А!! и Ж, — изменен,.я температур рабочих жидкостей на элементе поверхности. Характер изменения температуры рабочих жидкостей вдоль поверхности зависит от схемы их движения и соотношения значений их водяных эквивалентов.
Если в теплообменном аппарате горячая и холодная жидкости протекают параллельно и в одном направлении, то тикая схема движения называется п/!Ямотоком (фиг. 141,а). Если жидкости протекают пар.ллельно, но в прямо противочодожном направлении — прогпивотоком (фиг. 141, б). Наконец, если жидкости протекают в песекрестном направлении — перекрестным током (фиг. 141,в).
Помимо таких простых схем, движения на практике осуществляются и слож!!ые: одновременно прямоток и противоток (фиг. 141,г), многократно— перекрестный ток (фиг. 141, д, е, ж) и т. д. 0 зависимости от того, осуществляется ли прямоток или г!ротивоток и больше %"! или меньше, чем Ю„получаются четыре пары кривых изменения температуры вдоль поверхности нагрева, представленные на фиг. 142. Здесь по осям абсцисс отложена поверхность нагрева Г, а по осям ординат температуры рабочих жидкостей. В соответствии с уравнением (5) на графиках большее изменение температуры б — ЕА=М получается для той жидкости, у которой водяной эКвиввлент меньше.
'Га а РАсчет теплООБменных АппАРАтов 252 Из рассмотрения графиков следует также, что при прямо- токе конечнаЯ темпеРатУРа холодной жиДкости бпя всегда ниже конечной температуры горячей жидкости хн!. При противотоке же конечная ба) ~б~ б' бг температура холодной г т жидкости может быть выше конечной темпе! (д! ратуры горячей. Следог вательно, при одной и той же начальной тем! !г пературе холодной г —- жидкости при противотоке ее можно нагреть поболее высокой температуры, чем при прямо- токе; иначе говоря, при Гм1 противотоке от горячей жидкости можно отвести то же количество тепла меньшим количеством охлаждающей жидкости.
Температурный на1т»ьг Ит» ""г пор вдоль поверхности нагрева при прямотоке гт ггй „ изменяется сильнее, чем при противотоке. Вместе с тем среднее значение температурного напора при противотоке больше, чем при прям',<мг К "г мотоке. За счет этого гт г,' при противотоке теплообменник получается компактнее. Однако, ес" ли температура хотя бы гг б' однойизрабочихжидкостей постоянна, то среднеезначение темпеФнг. 142. Характер наменення температур ратурного напора незарабочнх жидкостей прн прямотоке н прп- висимо от схемы двитнастоке.
женин оказывается одним и тем же. Так именно получается при кипении жидкостей и при конденсации пэров, либо когда расход одной рабочей жидкости настолько велик, что ее температура изменяется ',очень мало. Рассмотрев о5шие уравнения теплового 'расчета аппаратов и уяснив температурные условия работы теплоо5менни- Фнг. !41. Схемы данження рабочих жидко стей а теплообменннках.
а гг й 36] сгкднии ткмпкглткгныи напор 253 ков, перейдем теперь к более подробному рассмотрению ве- личин, входящих в уравнение (3). 36. сРедний темпеРАтуРный нАпОР «2 ("! ~2]а «~~ икал,'час. (а) Прн этом температура горячей жидкостя понизится иа «й«, а холодной повысится на Жа. Следовательно, «2«;] — 0«с «22, О,с Ж откуда 6 Ф'' «~12 2 р2 И'2 (с) Изменение же температурного напора при этом равно: Ж, — «21, = «2 (1, — у,) = — (- - + - — ] 2Ц = — ~ФЯ, (е) где Подставляя в уравнение (е) значение «2«,«из уравнения (а), получим: «~("! 2) ™ (~! ~2)х«~~' (1) Обозначим (г! — 1,), через «ар, и произведем разделение переменных: — = — Л«ЫС.
!«1ь!) Прн выводе формулы рассмотрим простейший ший по схеме прямогока. Количес !во тепла, передаваемого в час от горячей жидкостнкхолодной через элемент поверхности «уГ (фиг, 143), определяется следующим уравнением: усреднения температурного напора теплообмен «ый аппарат, работаю- Фаг. 143. К выводу формулы усреднения температураого напора (Гл. 6 РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ 254 Если значения т и й постоянны, то, интегрируя уравнение (и), получим: Д'л Р ) = — тй~йг", де о или 1и — = — тйГ, Ъгл дг откуда Д1„= Д('е Из уравнения (1) видно, что вдоль поверхносги нагрева температурный напор изменяется по экспоненциальному закону. Зная этот закон, легко установить и среднее значение температурного напора М.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
