Теплопередача и гидродинамическое сопротивление Кутателадзе С.С. (1013703), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Строгое решение задачи применительно к реальным геометриям топок практически ие выполнимо. 1Тоэтому получили распространение приближенные методы, основанные на зональных методах расчета теплообмена излучением. В этом случае топочное пространство разбивается на конечное число оптически однородных изотермических объемных и поверхностных зон, между которыми осуществляется радиациоиимй и коивективный теплообмен. Более подробно о зональных расчетах топок и путях развития этого направления см (15.2, 15.11).
Глава шестнадцатая ЭЛЕМЕНТЫ ТЕПЛОВОГО И ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА АППАРАТОВ И УСТРОЙСТВ 16.1. ТЕПЛООБМЕППЫЕ АППАРАТЫ В теплообменных аппаратах осуществляется передача теплоты от теплоносителя с большей температурой к теплоносителю с меньшей температурой. Существует три главных типа таких устройств: 1) рекупграгоры, в которых греющая и нагреваемая среды (теплоносители) разделены неподвижной теплообменной поверхкостью. Последняя по отношению к греющей среде является поверхностью охлаждения, а по отношению к нагреваемой среде — поверхностью нагрева; 2) регенератора, в которых поверхность теплообмена попеременно омывается обеими средами, при этом теплота в начале цикла аккумулируется в массе регенератора за счет теплоотдачи от греющей среды, а в последующем отдается нагреваемой среде.
Регенераторы могут быть неподвижными и подвижными. Например, неподвижная нирпичная или каменная кладна попеременно омывается горячими продунтами сгорания топлива и нагреваемым воздухом; вращающийся барабан с металлической набивкой, проходящий за один оборот подводящие каналы горячего теплоносителя и нагрееаемой среды; 3) смесигельные аппараты, в которых греющая и нагреваемая среды вступают в непосредственный контакт. Например, ионденсация пара на струях жидкости или при его барботаже через некоторый объем жидкости, К таким устройстиам относятся также и различного рода скрубберы. Вращающиеся регенераторы обычно компактнее рекуператоров. Однако они не могут работать при существенных перепадах давлений теплоносителей, не исключают перетечки последних, из-за наличия вращающихся частей более сложны конструктивно и в эксплуатации.
Аппараты смешения обычно просты конструктивно, компактны, но не применимы, если нагреваемая и греющаи среды не должны смешиваться, 297 16.2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ АППАРАТОВ С ПОВЕРХНОСТЯМИ ТЕПЛООБМЕНА, РАЗДЕЛЯЮШИМИ ТЕПЛОНОСИТЕЛИ В общем случае расчет рекуператоров и регенераторов ведется по формуле (!6.2.1) С) = ~ йбтбД где О; — массовый расход теплоносителя, кг/с; )тп — энта,чьпия 1-го теплоносителя при входе в аппарат, Дж/кг; йм — то же при выходе из аппарата.
Если нет фазовых переходов и сильного изменения теплоемкости, то с, сопз1 и йг=смТь где сы — теплоемкость 1-й среды, Дж/(кг К). Обычно коэффициент теплопередачи можно считать постоянным, вводя его усредненное некоторым образом значение на всей поверхности теплообмена Е или разбивая ее на отдельные участки Р; (иапример, в газоходах парового котла). Тогда расчетная формула теплопередачи примет вид О~ = МР~ (А7) >. (16.2.3) Расчетнаи разность температур теплоносителей <бт;> =Р;-! ~ АТЛР (16.2.4) лг зависит от направленнй движения теплоносителей и их температур.
Используют разные виды взаимного движения греющей и нагреваемой сред (рис. 16.1). При лрлмогоке (тт) температура нагреваемой среды при выходе из аппарата Ты не может превысить температуру греющей среды также при выходе из аппарата Ты (рис. 16.2,а). При лротивотоке (1() нагреваемая среда может достигнуть температуры, близкой к температуре греющей среды при входе в аппарат (рис 16.2,б). Все остальные схемы движения теплоносителей по температурным соотношениям находятся между прямотоком и противотоком. 16.3.
СРЕДНЯЯ РАСЧЕТНАЯ РАЗНОСТЬ ТЕМПЕРАТУР При наличии тепловыделения в греющей среде вследствие химических реакций, абсорбции и т. п. при й=сопз1, с,=сонэ! расчетная формула для определения разности температур теплоносителей имеет вид [16.17) Ат — Дт < )=4 '! +6~, (16,3,!) [(и [(б т, В! /(Ат, — В)) 298 где г" — расчетная площадь поверхности теплообмена, м', й — коэффициент теплопередачи от одного теплоносителя к другому, Вт/(м'К); АТ вЂ” разность расчетных температур теплоносителей, К.
Расчетной температурой обычно является ее среднемассовое значение в данном по ходу потока сечении канала. Тепловой баланс теплообменного аппарата связывает тепловой поток, определенный по (16.2.1), с изменением теплосодержания теплоносителей ()=) О,(йп — А„) )=)а,(йз,— йэз) ), (16.2.2) 9 =- ҄— Т„1 <ЬТ > 1 (16.3„2) (҄— Ттт)Вн!В, ) !+ ( — !)' В,.В, ' Разность температур (ЬТ> находится из уравнения (16,3.1) при подстановке в него (16.3.2). При Як=О выражение (16.3.1) переходит в среднелогарифмическую разность температур ЬТ вЂ” ЬТ ! (ЬТ,УЬТ,)' (!6.3.3) Для схем течения теплоносителей, отличных от прямотока и противотока, разности температур на входе и выходе из аппарата определяютсп так же, Тгг Тгг Т11 Т11 Тгг Тгг Т71 Т11 177 ) 171 .) Рис.
16.1. Основные виды взаимного движения теплоносителей: а — прнмоюк; б — проткеаток; е — однократно перекрестный ток Рис. 16.2. Распределение температур вдоль поверхности теплообмена: а — прн прямстоне; б — прн протнвотоке где те=с!к(ЬТ>)(с!(!+( — 1) Ве1В,))! 1=0 — при прямотоке, 1=1 — при противотоке; ЬТ1=Тп — Тготн! ЬТе Ти — Тем-о! В~=со,06 Вт=сртбт! Я,— тепловая мощность, выделяемая или поглощаемая в результате химических реакций в апппрате; Я.=В,(Т„ — Ти) — тепловая мощность, передаваемая в аппарате; ф= 1 при чистом прямотоке нли противотоке.
Комплекс 9, имеющий размерность температуры, можно записать следующим образом: как и при противотоке, а коэффициент ф~1 и определяется как функция параметров: т„— т т„— тш Р= ттт — тш ' т„— т„ (16.3.4) о,т ш 177 П,5 ' о птпг оп ор оооо отопру о а) 11г п,в тгг ггг т,г П,5 ' о ог ог оо пб оо по от по оо о о) О,о о,в ггг тг О,о гг О,5 ' о о,тогоупб поп,оо,топоо о ' б)' п,п 11г т11 п,б тгг О,5 'от о,г п,п и,» о,б о,о пт о,в п,о г) Рис.
16.3. Коэффициент ф для схем однократно (а, б, в), двукратно (г — ж) и — обе среды не перемешиваются; б, г — перемешивается одна среда; а — обе среды ходамм; е — одне среда не перемешивается, другая перемешивается 300 п,я 722 п,в Угу 07 п,б туг п,я т и 0,7 о,г ПЯ Об Пб аб Оху О,В ОЯ Р Л~ 22 о,в 72 о,у О,б 772 0,5 'о Оу пг ая па об обод пвая о 2,7 а,я "гу а,в 722 0,7 а,б а,я Р О,Я 7гг ахв Оа+ 77гв О,б 0,7 О,В О,Я, ж7 772 0,0 27 0,7 722 О,б 777 а,я ' О,у Пг агу а,б ОЯ а,б а,у О,В ПЯ з,7 н трехкратно (э) перекрестного тока: перемешиваются; д, а — одиа среда перемешивается иепрерывио, другая только между только между ходами; ж — то же, что и д, «о при общем прямотохе 30! Ф и а О Ф' Э ФФ О О ФФ Ф Ф Ф Ф О И Х Ф ЗО." О, Ю М ОО Ф О Ф Ф ( ,- О Ф Л ФФХ ЗФ О ФЬ 3 О О О~ЬЙ ОО 6Ф Фй О.Ф Ф О . ОФ Ф ~ $ аФ- Ф,, ФК аа Ф Ф К аФФ ФФ \ Ф Ф ФЛ Ф МФ ~Ф О ИФ Ф Ф а Ф„ О~О Р..
~Ф ФЗ БФ Рй Ю ( „ Ф О Ох В е .Ф.Ф Ф О О Ф Ф О М сО О о ~Ф Ф О. ~ аО- При перекрестном токе индексы «21» и «22» для определения величин Р и )«всегда присваиваются среде с меньшей степенью перемешивания. При параллельно-смешанном токе вследствие симметрии индексы «21» и «22» присваиваются среде с меньшим перепадом температур, что позволяет ограничиться значениями Й)1. Ниже даются указания по определению козффициента ф в формуле (16.3.1) для различных схем взаимного движения теплоносителей. Перекрестный ток (рис, 16.3). Теплообменники с такой организацией потоков теплоносителей различаются по условиям перемешивания в пределах ходов и между ними. Под перемешиванием в пределах хода понимается перемешиваиие данной среды в направлении, параллельном направлению движения другой среды.
При многократно-перекрестном токе должны учитываться; число ходов, схема их соединения, общая схема движения сред— прямоток или противоток в целом. Общий противоток при многократно-перекрестном токе соответствует схеме, где греющая среда поступает в последний ход по движению нагреваемой среды, а выход ее совпадает с первым ходом кагреваемой среды. Общий лрлмоток имеет схему движения, обратную выше описанной. Условия перемешивания в пределах ходов и между ними влияют на расчетную разность температур ЬТ при одно- и двукратном перекрестном токе; перемешивание в пределах ходов снижает значение ф перемешивание между ходами увеличивает ф При большем числе ходов влияние перемешиааиня незначительно и ф=1.
Исключением являются аппараты, у которых Р=! или РР=1. На рис. 16.3 и 16.4 приведены графики и номограмма для определе. ния коэффициентов ф в зависимости от параметров Р и )1 для теплообменных аппаратов с перекрестным движением теплоносителей. Теплообменные аппараты с парпллельно-смешанным током (рис.
16.5) различаются: по числу ходов внешней (межтрубной) среды, т. е, среды, имею. щей меньшее число ходов; по числу ходов ввутритрубной среды, приходящихся на один ход внешней; по направлению движения сред в пределах одного хода внешней среды. Иногда такие аппараты обозначаются символом Х вЂ” У, где Х вЂ” общее число ходов внешней среды и У в общее число ходов внутритрубной среды. Практически для миогоходовых теплообменных аппаратов можно пользоваться графиками для однократно-перекрестного тока (см. рис. 16.3,а — и), вводя вместо параметра Р параметр Рь равный: при общем противотоке Р, = [ ( ) — 1 ~ [)« ( ) — ! ~ ; ( 16 .3.5) при общем прямотоке Р~=(! — (! — Р()1+1) )ы")/()(+1), (16.3.6) где и — максимальное число ходов теплоносителя в аппарате. На рис. 16.5 приведены также значения ф для теплообменииков схемы 1 — 2 с внешним перепуском теплоносителя (з — и) и аппаратов схемы 303 Оге о,в о,г О,Б о,в 'о оуо,гаво+о,вова,тп а) тгт О,Е о,т Р,Б ов ' о о, т а, г и 3 о, в о,в о, Б о, г Т27 п,в 272 О,г Ргб о,в 'и отогоеобовобаг 727 п,г тгг п,в 727 п,в 'о ау пгова+Ововог 222 п,в О,г 22 п,в 'о отогава+овпвцтпв и 4 Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
