Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Следочательно, расчет теплообменных аппаратов не ограничивается определением поверхности нагрева, конечной температуры рабочих жидкостей и гидравлического сопротивления. В задачу расчета входят также выбор оптимальной формы и компоновки по <ерхностей нагрева и установление наивыгоднейшей скорос1пи движения рабочих жидкостей. ОПТИМАЛЬНАЯ 1!ОЯПО!!ОВ!!А % 411 289 Решение этих задач в полном объеме связано с учетом как начальных затрат на сооружение теплообменного устройства, так и эксплоагациояных расходов.
Способу определения наивыгоднейшей скорости газоз в паровых котлах, при которой соотношение между эксплоатационнымн расходами и капиталовложениями оказывается наиболее целесоо ~разным, посвящены работы акад.М. В. Кирпячева 1311, А. С. Невского 1701, С. А. Скворцова 1801 и Л. С. Эйгенсона [93]. Совершенство теплообменника с энергетической стороны можно характеризовать отношением двух видов энергии— тепла Я, переданного через данную поверхность нагрева, и работы АЙ, затраченной на преодоление сопротивления движению теплоотдающего потока, выраженной в тепловых единицах.
Таким образом, величина (61) а является мерой использования затраченной работы на сообщение тепла; чем больше значение Е, тем лучше теплообменник с энергетической точки зрения. Соотношение (61) можно преобразовать н представить в виде двух сомножителей, из которых один характеризует только внешние факторы теплообмена, другой — свойства поверхности нагрева.
Его можно представить и в критериальном виде. В практических случаях сравнение различных вариантов теплообменника производят по величинам Круб.— капитальных затрат, связанных с сооружением аппарата, н 3 — руб1год— годовых эксплоатационных расходов на его эксплоатацию. Если сравниваются два варианта, для которых К,)К, и 3,(3„ то перерасход капиталовложений, связанных с сооружением первого варианта, может быть оправдан лишь в том случае если этот перерасход достаточно быстро окупается экономией на эксплоатации, т. е., если К! — Ка ~ф За З1 где Ф вЂ” предельно-допустимое число лет окупаемости капитала. Преобразуя неравенство, получаем условия целесообразности сооружения первого варианта: ф-'+31(, +3а 19 М.
А. Мвхввв $41 ] К. П. Д. ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ 291 Для теплообменных аппаратов, поверхность нагрева которых составлена ив простых элементов, описанный анализ можно провозить на основе уже имеющихся данных по теплоотдаче и сопротивлению, приведенных выше. Для сложных аппаратов такой ана- ка лиз следует проводить только на основе данных, полученных в результате д1 вм эксперимента с этим б',А аппаратом. Такие эксперименты можно и целесообразно проводить на уменьшенных моделях (см.
гл. 10). 2. Коэффициент по- ~ вв гв лезного действия тепло- А обменных аппаратов. Основным показателем экономичности процесса те- Фвг. 1бб. Тепловой баланс теплоплообмена в каком-либо Обмеиника. устройстве является к.п.д., характеризующий долю тепла горячей жидкости, использованную для подогрева холодной. Пусть начальное и конечное теплосодержания горячей жидкости равны соответственно г, и г, ккал/кг, а расход, ее О, к%ас. Количество тепла Я ккал/час пе„едается холодной жидкости, а Я„ккал/час теряется в окружающуй среду.
расход холодной жидкости сосгавляет О, кг/час, а ее теплосодержание начальное и конечное — 1 и / ккал/кг (фиг. 165). Составим уравнения теплового баланса: а) для горячей жидкости 0161 = О,1, + Я + Я„ (а) б) для холодной жидкости О„г + Я = Овгг. Количество тепла, которое может быть отдано горячей жидкостью при охлаждении ее до самой низкой температуры, в той или иной мере определяющей теплообмен в аппарате„носит название располпгаемого кзличества тепла. Большей частью наинизшей температурой является температура окружающей среды.
Обозначим через 11~ теплосодержание горячей жидкости при этой температуре. Тогда уравнение (а) может быть представлено в следующем виде: Яр — О1(1 /1и) — Оф йв]) + О + Я (с) 193 РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННБХ АППАРАТОВ (гл. 2 292 Здесь О „, ккал1час — располагаемое количество тепла горячей жидкости. Исключая из уравнений (Ь) и (с) величину Я1 находим: а 02(! ! )+О1(! ! ) + » Это равенство показывает, что располагаемое тепло является суммой трех слагаемых, из которых первое Я, =О,(!',— 2,) представляет собой часть располагаемого тепла, неиспользованного в теплообменном устройстве и называемого поэтому потерей тепла с уходяшей жидкостью; наконец, третий член уравнения (б) Я„является потерей тепла, в окружающую среду.
Таким образом, »!!с» '»! +'»2+ 9» (62) В таком виде обычно представляют уравнение теплового баланса теплообменника. Если обе части уравнения поделить на —, то уравнение (62) приобретает следующий вид: Орас 2оо д,+д,+д„=100, (63) причем .л о,О", — ',"!1 ' (е) рас О!(!! — с!! ) !1 = —" 100. » Величина ст! выражает в 2/, долю располагаемого тепла горячей жидкости, использованную для подогрева холодной, т. е. в соответствии с определением, данным ранее, представляет собой к.
н. д. теплообменного устройстга 21. Уравнения (62) и (63) были выведены в предположении, что в окружающую среду тепло теряется горячей жидкостью является количеством тепла, использованным для подогрева холодной жидкости, второе К. П. Д. ТЕПЛООБКЕННЫХ АППАРАТОВ э 41) 293 (Ь) Из уравнений (а), (Ь), (б) и (Ь) следует, что '- =а+а„, откуда 1 1+ ~" (64) Таким образом, двумя показателями — коэффипиентом удержания тепла и к. и. д.— хаРактеРизуются, с одной стороны, конструкция отдельных теплообменников с точки зрения экономичности их работы, с другой — доля использова- (см.
уРавнение (а)]. Можно показать, что эти уравнения сохраняют свою силу и в том случае, если эти потери сосредоточены на стороне холодной жидкости, с той разницей, что в последнем случае 1,>=Я>-+ 1,)„, в то время как в рассмотренном нами случае Я = Я1. Таким образок, равенства (62) и (63) являются общими уравнениями теплово о баланса теплообменного устройства. По существу к. п. д.
характеризует использование тепла горячей жидкости. Весьма часто это тепло используется в целом ряде теплообменников, включенных последовательно в поток жидкости. В этом случае к. п. д. должен определяться для всей совокупности теплообменников в целом; определение к.
и. д. для какого-либо единичного теплообменника теряет смысл, так как тепло 92 = 01(>А, — 1, ), >О> частично используемое в последующих теплообменниках, не может ра ссматриваться, ка к потерянное; вместе с тем и произведение О, (1, — 1, ), где 1', — теплосодержание жидкости >о> перед одним из ряда последовательных теплообменников не характеризует всего располагаемого тепла этой жидкости. В то время как потеря с уходяще>1 жидкостью может быть отнесена лишь ко всему потоку горячей жидкости, потеря в окружающую среду распределяется между отдельными теплообменниками, причем величина этой потери в значительной мере определяется конструкцией теплообменника и качеством его теплоизоляции. Относительную величину этой потери применительно к единичному теплообменнику принято характеризовать так называемым козффи>4иентом удержания 11>епла, представляющим собой отношение количества тепла, полученного холодной жидкостью, к количеству тепла, отданному горячей: 2( 2 12) 1) 1 61(11 — 11) Й1(1'~ — 11) РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ~гл.
9 294 ния тепла горячей жидкости во всей системе теплообменников, гключенных в поток этой жидкости. Работа всякого теплообмснника всегда связана с понижением темп ратурнзго пот'нциала рабочих жидкостей. В самом деле, холодная жидкость ни огда не может быть наг ета до начальной температуры горячей жидкости. Если теплообменник включен в схему термодинамического цикла, то эта сторона работы теплообменного устройства является чрезвычайно существенной, так как понижение температурного потенциала в соогве|ствии со вторым законом термодинамики связано с уменьшением количесгва энергии, которое может быть превращено в работу.
Тепловой баланс теплообменного устройства в этом случае ие является еще исчерпываюгцим показателем, характеризующим качество использования тепла в рабочем пихле. Целесообразно поэтому наряду с сосгавлением теплового баланса составлять также баланс энергии, которая может быть превращена в работу. Если максьмальиое кольчестео энергии, могущей быть превращ иной в работу в заданном цикле составляет сг „, а количество энергии, действительно пре вращаемой в работу, — Яя, то отношение ~я вк (~ (65) является показателем энергетической эффективности цикла.
Величина разности Я „— Яя, представляющей собой потерю тепла, которое могло бы быть превращено в работу, в частности, обусловливается м етом включения теплообменников в термодииамнческий цикл. Пусть, например, отборный пар из турбины служит источником тепла для подогрева воды в отопительной системе.
В целях уменьшения размеров водоподогревателей представляется целесообразным повышать давление отборного пара, так как при этом возрастает температурный напор в водо- подогревателях. Однако, при этом уменьшается работа, производимая паром в турбине, вследствие чего экономия на стоимости водоподогревателей может оказаться значительно ниже стоимости недовыработки энергии, хотя с точки зрения использования тепла в обоих случаях водоподогреватели могут находиться в совершенно одинаковых условиях. Следовательно, с точки зрения термодннамического цикла в целом является весьма существенным знать, как отражается наличие в цикле того или иного теплообменника на энергетической эффективности цикла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
