Термодинамика и теплопередача Болгарский А.В. Мухачев Г.А. Щукин В.К. (1013761), страница 84
Текст из файла (страница 84)
14) где (15. 15) П— 1-1- ФП У2 Для конечной температуры холодного теплоносителя в прямо- точном теплообменнике расчетная формула имеет вид (15. 16) 1,"=1;+ (1; — 12) — ' П. Аналогично для противоточного теплообменника: (15.17) (15.18) 12 12+( 3 2) 2 где 1 — е (15.19) Для определения функций П ~ †,', †) и Л ( †', †) составлены графики 1! 8(и таблицы 1131. В этих же работах рассмотрены приближенные формулы для определения конечных температур теплоносителей в аппаратах с перекрестным током и иными схемами движения.
После определения конечных температур тепловой поток подсчитывается по уравнению (15.3). й 3. О гидравлическом расчете теплообменника Цель гидравлического расчета теплообменника состоит в определении затраты механической энергии на перемепгение теплоносителей в аппарате. Процесс теплообмена, которым сопровождается движение теплоносителей через теплообменник, вносит некоторую особенность в методику расчетной оценки гидравлического сопротивления. При гидравлическом расчете теплообменника надо учитывать сопротивление трения, местные сопротивления и тепловое сопротивление. 4б! Сопротивление трения определяется по известной формуле Рм (15.
20) 2 где 1 и /( — длина и диаметр канала; $ — коэффициент сопротивления трения. При неизотермическом течении жидкости величина коэффициента $ зависит не только от числа Ке, но и от чисел Ог и Рг, Так, при турбулентном режиме течения 0,3164 ( Рг,„ )//3 пес,за (, Р/Х ! / (15.
21) Местные сопротивления определяются формулой ЬРи р/р-' 2 (15.22) в которой коэффициент ь зависит от вида местного сопротивления (внезапное сужение канала, поворот и т. п.). В газодинамике доказывается, что подвод теплоты к газу, движущемуся по каналу постоянного сечения, сопровождается уменьшением давления газа, а отвод теплоты, наоборот, — повышением давления. Уменьшение давления газа, обусловленное его подогревом, представляет собой тепловое сопротивление.
При охлаждении газа тепловое сопротивление отрицательно, т. е. оно уменьшает общее сопротивление теплообмеиника. Тепловое сопротивление можно подсчитать как удвоенную разность скоростных напоров в конце и в начале канала р/2 2 2 74Р 2 (15. 24) где 6 и р — массовый расход и плотность теплоносителя; т)— к. п. д. устройства (насоса, вентилятора) для перемещения теплоносител я.
Общее сопротивление каждого теплоносителя определяется как сумма всех видов сопротивлений в элементах теплообменника бр=~/1Р, 1 5 Лр„-1-~ б|~,„„. Эта формула приближенная, так как она не учитывает влияния условий движения теплоносителя до поступления в элемент аппарата на сопротивление этого элемента. Поэтому в особо важных случаях сопротивление отдельных трактов теплообменника определяют путем гидравлического испытания модели аппарата. Мощность, необходимая для перемещения каждого теплоносителя в теплообменнике, определяется формулой лрб пепр ч ' З 4. Эффективность теплообменника и способы ее повышения При проектировании теплообменного аппарата конструктор выбирает форму рабочей поверхности, схему движения теплоносителей и их скорости, конструктивные параметры (диаметр трубок, расстояние между ними, расстояние между пластинами).
При этом выполняется тепловой и гидравлический расчеты нескольких вариантов аппарата с тем, чтобы выбрать из них наиболее эффективный. Эффективность теплообменника можно оценить различными способами. Важным критерием для оценки эффективности теплообмеиника являются затраты (в рублях), связанные с его изготовлением и эксплуатацией. Наиболее эффективным является теплообменник, для которого сумма годовых эксплуатационных расходов и амортизационных отчислений с капиталовложения (в год) будет наименьшей. Такой способ оценки эффективности теплообменника требует выполнения значительных по объему технико-экономических расчетов. Затраты на сооружение теплообменника зависят, главным образом, от величины его рабочей поверхности, а затраты на эксплуатацию — от мощности для перемещения теплоносителей.
Поэтому различные варианты теплообменников могут сравниваться по ве- Р У личинам — и — (Я вЂ” секундное количество передаваемой теплоты). е а При одинаковом значении одного из этих параметров наибольшей эффективностью обладает тот теплообменник, у которого меньше второй параметр. Для сравнительной оценки различных схем теплообменных аппаратов академик М. В. Кирпичев предложил использовать критерий Е= —, где д — плотность теплового потока через рабочую поверхность теплообменника; ( — работа сопротивления обоих теплоносителей на единицу рабочей поверхности в единицу времени.
Наилучшим будет теплообменник, для которого величина Е имеет максимальное значение, Для транспортных теплообмсииикое и особенно авиационных важное значение имеют весовые и габаритные характеристики аппаратов. В этом случае различные варианты теплообменника можно сравнить по весу аппарата вместе с устройствами для перемещения теплоносителей и их приводами или по весу собственно теплообменника при одинаковой затрате энергии на перемещение теплоносителей. Компактность теплообменника можно оценить у д е л ь н о й п о в е р х н о с т ь ю н а г р е в а (), которая представляет собой площадь рабочей поверхности, приходящуюся на единицу объема аппарата.
При сравнении теплообменников по их компактности величины б должны сопоставляться при одинаковой работе, затрачиваемой на перемещение теплоносителей. При выборе вида поверхности нагрева следует иметь в виду, что трубчатые поверхности позволяют создать жесткую конструкцию и более удобны в эксплуатации (для очистки). Пластинчатые теплообменники более компактны. Промышленные трубчатые теплообменники имеют )1 = 40 — 80 ма/ма, в то время как у пластинчатых эта величина доходит до 200 — ЗОО лгз/жз. Выбор скоростей теплоносителей должен обеспечить наибольшую эффективность работы теплообмениика. Для получения высокой интенсивности теплообмена желательно, чтобы при течении жидкости в трубах и каналах реализовался турбулентный режим. Расчетные величины скоростей принимаются после сопоставления эффективности теплообменников с различными скоростями теплоносителей.
Для газов и паров скорости движения можно ориентировочно выбирать в диапазоне 15 — 100 ж1гек, для жидкостей — 1 — 3 мосек, Увеличение скоростей теплоносителей сопровождается уменьшением рабочей поверхности теплообменника (из-за увеличения коэффициента теплопередачи) и ростом гидравлических потерь. Существует оптимальное соотношение скоростей теплоносителей, которое характеризуется максимальным количеством передаваемой теплоты при затрате заданного количества энергии для перемещения теплоносителей.
Для трубчатого теплообменника оптимальное соотношение скоростей найдено в 141. Если теплоносители имеют резко отличающиеся коэффициенты теплоотдачи, то скорость теплоносителя с большим коэффициентом теплоотдачи слабо влияет на коэффициент теплопередачи и ее значение можно выбрать из условия получения приемлемой площади проходного сечения тракта или мощности устройства на его перемещение. Диаметр труб и шаг трубного пучка также существенно влияют на компактность и вес теплообменника.
При фиксированной величине относительного шага рабочая поверхность пропорциональна диаметру, а объем — квадрату диаметра труб. Поэтому удельная поверхность нагрева обратно пропорциональна диаметру трубы. Например, уменьшение диаметра трубки от 19 до 2,4 мж приводит к уменьшению объема теплообменника в десять раз, а массы в восемь раз. Однако использование мелких трубок увеличивает производственные затраты и затрудняет очистку теплообменника в процессе эксплуатации.
Поэтому обычно применякугся трубки с диаметром больше 12 жж. Наиболее распространенными являются стальные и латунные трубки с наружным диаметром 14, 16, 19, 24 и 25 лгм. Уменьшение шага трубного пучка также является средством уменьшения веса и размеров теплообменнпка. Уменьшение шага пучка ограничено технологическими возможностями. Относительный шаг пучка составляет обычно — = 1,25 —: 1,6*. бн " Следует заметить, что из технологических соображений расстояние между стенками труб не должно быть меньше б мм. 4б4 выбора од- теплообменника имеет свободу Ниогда конструктор теплов 'б вида теплоносителя ~~~~~~ ного из теплоносител Р ливня Работы, стоимость тепл оноси.
чтены температурнь|е условия , Н пример, при высоки ыть у изин стенок и т и а астел, ел я возможность корр ч стве теплоносителя у добно использовать р ипеиия кую т ми рагу к п лавленные металлы, которые имеют высо оп оводность. н, кро ме того, высокую тепл р ности и снижения в еса теплообменнь х Лл овышения компактно яп ся азличные средства ин тенсификации тепаппаратов используются разл лообмена. вом повышения компактности теплообмен- Зффективным средством повыш сти теплообме ного аппарата являетс тся постановка ре р на ег бчатых ься как в пластин чатых, так и в тру торая может использовать Ряс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
