Адиутори Е.Ф. - Новые методы в теплопередаче (1062108), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Признание факта, что (3.4) дупели т.е. того, что полная разность температур между источником тепла и его стоком в установке равна сумме разностей температур между поверхностями раздела, перепадов температур в стенках и т.д. 3. Знание функций 4,. (ТВС ), которые описывают тепловой поток в установке между поверхностями раздела, в стенках и т.д. В задаче 2 показано, каким образом при проектировании и анализе теплообменных установок с помощью новой теории используются все три условия, Как указывалось в гл. 2, это интегрирование приходится выполнять и в новой, и в старой теориях теплопередачи. Так как в обеих тео- риях интеграл один и тот же, мы не станем рассматривать его под- робнее, а только отметим, что интегрирование в уравнении (3.3) необ- ходимо выполнять всякий раз, когда д заметно изменяется от точки к точке в установке.
48 Глава 3 ЗАДАЧА 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КОМПОНЕНТОВ ТЕПЛООВМЕННИКОВ С ПОМОЙ(ЬЮ СТАРОЙ ТЕОРИИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ Предпосылки Фирма "Маршалл эквипмент" планирует изготовление жидкостно- жидкостных теплообменников, используемых для охлаждении электрического оборудования. На рынок будут поставляться два типа таких установок: теплообменники "масерм А" — "масерм В" и "масерм А"— "масерм С" ("масерм" — Фирменное название теплоносителя (Маааввш- МаваааИ'а вааааа1 йа1аа11. Конструкция теплообменника и тип системы, в которой будут применяться указанные теплоносители, схематически представлены на фиг.
3.1. (Контур теплоносителя "ма- Тввлввблввваик Фиг. 3.1. 49 Снопика серм В(С)" разомкнут, так как в него обычно нагнетается жидкость из бояьшого резервуара постоянной температуры.) На практике расходы через оба контура достаточно велики, и вследствие этого изменение температуры жидкости при прохождении через установку мало, т.е. (3.5) теплон. А, подв теплон. А, отв (3.6) ~) электр ~1теплообм Далее в техническом задании предусматривается блокировка высоких температур ТА, которая отключает электрическое оборудование, как только ТА пРевысит 265'С, пРичем в этом слУчае 9эл к не превосходит 100 кВт ни в системе А/В, ни в системе А/С.
Техническим заданием предусматривается также резервный режим для каждой системы. В этом режиме насос теплоносителя В(С) отключен, насос теплоносителя А действует, а вспомогательные нагреватели поддерживают электрическое оборудование и контур жидкости А при температуре 255 С. Оборудование предполагается переводить в резервный режим 4-1063 и аналогично для жидкостей В и С. На основании предыдущего опыта работы с теплообменниками подобных конструкций известно, что режим работы всей установки существенно постоянен.(В рамках старой теории теплопередачи мы должны были бы сказать, что коэффициенты Ь, Ь и Ь во всей устас нонке постоянны. В рамках новой теории теплопередачи мы должны сказать, что во всей установке постоянны дл( ь т ), 9 ( ь та! и 4с(дТс) ) Фирма "Эйс электрик" заказывает один из новых теплообменников.
В техническом задании фирмы говорится, что теплоносители "масерм А" и "масерм В" должны поступать из большого резервуа.- ра, поддерживаемого при температуре 120'С. Температура теплоносителя "масерм А" не регулируется (она изменяется в соответствии со значением Ч „, к и рабочими характеристиками теплообменника), т.е. в установившемся состоянии температура тецлоносителя "масерм А" определяется условием Гмаа 3 50 каждый вечер и возвращать к нормальному режиму работы на следую щее утро.
Исходные данные 1. Приведенное выше техническое задание. 2. Приведенные выше предпосылки. 3. Путем анализа соответствующей литературы конструктор или расчетчик обнаруживают, что тепловой режим теплоносителей "масерм А" и "масерм В" достаточно точно описывается тпавнением Яч 0 023 Щ )~.Я(14 ) о 4 (3.7) Л = 6815 Вт/(м~. град), Л = 9655 Вт/(м' гРад). (3.8) (3.9) 4. Путем анализа соответствующей литературы конструктор обнаруживает, что теплоноситель "масерм С" является довольно специфической жидкостью, коэффициент теплоотдачи которой в условиях работы теплообменника представлен на фиг.
3.2. 5. Из условий механической прочности стенка, на которой осуществляется теплообмен, должна быть не менее 3,05 мм толщиной и должна быть изготовлена из материалов со следующими значениями коэффициентов теплопроводности: Лмет лл 1 = 1,9 Вт/(м грай), Лметалл 2 = 10,73 Вт/(м град), Лме алл 3 = 41 Вт/(м град), Лметалл 4 = 204 Вт/(м град). которое они преобразуют к виду Л 1 параметры системы) .
Определив эти параметры теплоносителей применительно к условиям теплообмен- ника при оговоренных в техническом задании расходах, проектиров- щик или расчетчик находят Салия«а в й ле лтс. с Фиг. 3.2. Формулировка задачи (на практике) Спроектировать (по возможности проще) оба теплообменника. Убедиться в том, что теплообменники соответствуют техническому заданию и удовлетворяют запросам фирмы "Эйс злектрик".
Замечание 1. В етом месте я рекомендую читателю забыть все о новой теории и, не заглядывая в конец главы, попытаться решить эту практическую задачу с помощью старой теории. У вас не возникнет трудностей при проектировании удовлетворительного теплообменника А/В, однако сомнительно, чтобы кому-нибудь удалось получить удовлетворительную конструкцию теплообменника А/С, не прибегнув к помощи новой теории. В последнее десятилетие я решал за- Глава 3 52 дачи с помощью новой теор>ш, а затем вынужден был переводить эти решения в рамки старой теории, чтобы они были понятны другим.
Замечание 2. Важно отметить, что режим теплопередачи, прей. станленный на фиг. 3.2, имеет огромное практическое значение. Фактически он лежит в основе большинства двигателей девятнадцатого и двадцатого столетий (а возможно, также и двщщать первого). Об этом, на мой взгляд, следует упомянуть, чтобы предостеречь читателя от заключения, будто вопрос о теплообменнике А/С имеет только академический интерес и не связан с практикой. Режим, представленный на фиг. 3.2, мы рассмотрим значительно подробнее в последующих главах. Формулировка задачи (в учебнике) Ответьте на следующие вопросы сначала применительно к теплообмвннику' А/В, а затем применительно к теплообменнику А/С. 1.
Какова минимальная поверхность теплообменника, соответствующая техническому заданию фирмы "Эйс электрик"? 2. Какое значение вл (в интервале 120 — 265'С) соответствует максимально возможномУ значению й, и бм? 3. Установите характер зависимости между толщиной стенки, на которой осуществляется теплообмен, и максимально возможным значением йтеплообм 4. Возможны ли какие-либо потенциальные трудности при эксплуатации аппарата? Какие? 5. Как их можно избежать надлежащим проектированием? 6.
Если трудности возникли в процессе эксплуатации, то что следует сделать, чтобы избежать или исключить их? Замечание. Отметим, что некоторые из этих вопросов применительно к теплообменнику А/В тривиальны, так как правильные ответы более или менее очевидны. Однако в случае теплообменника А/С, в котором процессы теплообмена на поверхности раздела нелинейны, сущность задачи полностью меняется, и вы обнаружите, что некоторые из очевидных ответов ошибочны! Это один из основных недостатков старой теории — очевидный ответ часто ошибочен, а Снопика 53 Проектирование и расчет теплообменника А/В с помощью старого метода (ответы на вопросы учебника, стр. 52) 1.
Минимальная поверхность теплообменника соответствует максимально возмолшому значению У, которое определяется выражением 1 и= А '/В (3.10) Из выражения (3.10) следует, что максимум 0 соответствует минимуму Ь и максимуму й.
Поэтому, воспользовавшись и. 3 и 5 исходных данных, найдем 1 1,/6815 + 1,/9655 + О, 00305/204 = 3770 Вт/(м~ град). (3.1 1) (3.12) Д= (/АЬТ, (')задан мин (/макса умакс А „„= 100000/3770(265 — 120) = 0,184 м ° (3.13) правильный ответ получить фактически невозможно, когда мы имеем дело с существенно нелинейными процессами. В то же время почти все практически важные процессы теплопередачи нелинейны! Если читатель будет все-таки пытаться получить правильные ответы, то окажется, что для нахождения их старыми методами потребуется в 100 раз больше времени, причем с ростом степени трудности вероятность ошибки возрастет настолько, что с достаточным основанием можно будет ожидать неудовлетворительной конструкции теплообменника А/С, даже если затратить на ее проектирование неоправданно много времени. 54 Глава 3 2.
Из выражения (3. 13) следует, что максимально возможное значение д, соответствует максимально возможному значетеплообм нию Т,, которое в указанном интервале равно 265'С. 3. Для данного материала максимально возможное значение д п бм обРатно пРопоРЦионально толщине стенки, на котоРой пРоисходит теплообмен. 4. Потенциальных трудностей при эксплуатации установки не возникает.
5. Ответа не требуется. 6. Ответа не требуется. Проектирование и расчет теплообменника А/С с помощью старого метода (отнеты на вопросы учебника,стр. 52) Я не привожу решения для теплообменника А/С, полученного старым методом, поскольку просто не в состоянии понапрасну тратить много времени на решение методом проб и ошибок, которым здесь необходимо воспользоваться. Читатели, еще сохранившие веру в старую теорию, должны проделать эту часть задачи самостоятельно.
Зто будет лучшим доказательством того, что на проектирование и расчет приемлемой конструкции теплообменника А/С с помощью старой теории потребуется в сотни раз больше времени, если, конечно, читателю удастся довести решение до конца, избежав ошибок. Заметим, что с помощью старой теории можно спроектировать и правильно рассчитать удовлетворительную конструкцию теплообменника А/С, но для этого потребуется много времени и усилий, (Для получения правильного решения с помощью новой теории требуется всего лишь несколько минут и немного усилий.) Тем, кто не доверяет ни новой, ни старой теориям тепяопередачн, рекомендуется еще раз просмотреть гл. 1 и 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
