teplotekhnika (852911), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Изоляция труб меньшегодиаметра этими материалами приводит к росту потерь теплоты.Кроме того, следует учитывать, что значение критического диаметраизоляции может меняться. Так увеличение влажности изоляции приводит к увеличению ее теплопроводности, что увеличивает значение критического диаметра и росту тепловых потерь.256ГЛАВА 13ТЕПЛООБМЕННЬІЕ АП ПАРАТЬІ13.1. Типы и классификация теплообменных аппаратовТеплообменными аппаратами (ТА) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от среды с более высокой температурой(теплоотдающей) к среде с более низкой температурой (тепловоспринимаюшей). Движущиеся среды, участвующие в процессе теплообмена, на-зы ваются теплоносителями.По способу передачи теплоты ТА делятся на рекуперативные(рис. 13.1, а_ж), регенеративные (рис. 13.1, з, и) и контактные (рис.
13.1, к, л).Рекуперативными аппаратами (рекуператорами) называют такие ТА,в которых теплота от одного теплоносителя другому передается черезразделяющую их стенку (поверхность теплообмена). Такие аппараты яв-ляются наиболее распространенными.В регенеративных аппаратах (регенераторах) одна и та же теплообменная поверхность поочередно омывается теплоотдающим и тепловоспринимаюшим теплоносителями.Обе группы указанных теплообменных аппаратов относятся к категории поверхностных теплообменников, так как в них имеются поверхности теплообмена, отдающие или воспринимающие теплоту. В рекуператорах - это поверхность, разделяющая теплоносители, а в регенераторах поверхность тех тел (насадок), которые аккумулируют тепловую энергию,а затем отдают ее.В контактных теплообменных аппаратах (градирнях, скрубберах,смесительных, барботажных и др.) перенос теплоты обеспечивается принепосредственном контакте теплоносителей. При этом процесс теплопереноса сопровождается частичным или полным смешением теплоносителей (массопереносом).
Принцип действия контактных (смеситель-ных) ТА наглядно иллюстрирует бытовой кран-смеситель холодной и горячей воды.По характеру теплового режима различают аппараты со стационарными и нестационарными процессами переноса теплоты. В регенераторахпроисходят нестационарные процессы аккумуляции теплоты насадкойпри омывании ее теплоотдающим теплоносителем с последующей передачей теплоты от насадки к тепловоспринимающему теплоносителю.Наиболее распространенными являются рекуперативные ТА, которые работают в установивщемся тепловом режиме. Ограничимся их рассмотрением, опуская в дальнейшем признаки способа передачи теплотыи характера теплового режима.2571Г,иТТ1ПІГ11йишшШК1.5ЁіІТ3".л1.*ІІІРис.
13.1. Схемы теплообменных аппаратов:а, б - кожухотрубных; в - секционных типа «труба в трубе»; г - змеевиковых; д коробчатых; е - спиральных; ж - пластинчатых; з - с неподвижной насадкой; и - сподвижной насадкой; к - смесительных; л - насадочныхПо назначению рекуперативные ТА разделяют на охладители, нагре'вате/ш, конденсаторы, испарители, выпарные аппараты и кристаллизаторы.258По характеру движения теплоносителей выделяют ТА с естественнойи принудительной циркуляцией, а таюке с движением теплоносителя поддействием полей массовых сил, например, силы тяжести.
Примерами аппаратов с естественной циркуляцией являются некоторые конструкциипаровых и водогрейных котлов, а аппаратов со свободным движениемтеплоносителя - конденсаторы, паровые подогреватели нефтепродуктови некоторые виды контактных теплообменников. К ТА с принудительной циркуляцией относятся аппараты с вынужденным движением теплоносителей в каналах.По роду теплоносителя ТА различают газовые, газожидкостные ижидкостные аппараты.По типу поверхности выделяют трубчатые ТА и аппараты, теплопередаюшая поверхность которых выполнена из листового материала.
Втрубчатых ТА используют гладкие прямые и змеевиковые трубы, а такжетрубы с оребрением. К ТА с поверхностью из листового материала относят спиральные, пластинчатые и пластинчато-ребристые теплообменники.Трубчатые ТА являются традиционными для энергетических установок отрасли. Тем не менее, в последнее время все более широкое применение стали находить пластинчатые и пластинчато-ребристые теплообменники.
Все приведенные ниже теоретические положения справедливы для ТА с любым типом теплообменной поверхности, однако, ограничимся рассмотрением только трубчатых ТА, как наиболее распространенных.По типу кожуха различают коробчатые и кожухотрубные аппараты. Упервых из них вертикально или горизонтально ориентированный трубный пучок расположен в кожухе (корпусе) коробчатого типа. В кожухотрубных аппаратах кожух выполнен в виде цилиндрической обечайки.Кожухотрубные аппараты монтируют вертикально, горизонтальноили с наклоном к горизонтальной плоскости, и это необходимо учитывать при расчете теплоотдачи в трубах и каналах ТА.13.2.
Схемы тока теплоносителейСхемой тока называют схему взаимного движения теплоносителей в ТА.Противоток реализуется в схеме тока (рис. 13.2, а), когда теплоносители, омывая разделяющую их стенку, движугся параллельно и навстречу один другому. С точки зрения передачи теплоты такая схема являетсясамой эффективной.Прямоток реализуется в схеме тока (рис. 13.2, б), когда теплоносители также движутся параллельно, но в одном и том же направлении.
Сточки зрения передачи теплоты такая схема является самой неэффективнои.259АУіг1\О;Ыіг[КЧ!\/Х_*_'СЗС- Э_)С __›._С:ц_)Рис. 1 3.2. Схемы движения теплоносителейПерекрестный ток реализуется в схеме тока (см. рис. 13.2, в), когда теплоносители, омывая разделяющую их стенку, движутся во взаимно перпендикулярных направлениях.Если число трубных ходов больше двух, что достигается установкойспециальных перегородок в полостях крышек или продольных перегородок в межтрубном пространстве, то полагают, что в ТА реализован смешанный (реверсивный) ток (рис.
13.2, г). При этом теплоноситель, движушийся в трубах, как бы выполняет реверс и возвращается к месту входа вТА.Ходом называется участок поверхности нагрева, в пределах котороговесь расход теплоносителя происходит в одном направлении.Сплошной ток представляет собой произвольную комбинацию пря-мотока, противотока, сложного и перекрестного токов (рис. 13.2, д).В общем случае при выборе схемы движения теплоносителей стараются добиться приблизительно одинаковой разности между температурами теплоносителей по всей поверхности теплообмена.13.3. Тепловой балансОснову теплового расчета поверхностного теплообменного аппарата составляют уравнение теплового баланса и уравнение теплопередачи.Уравнение теплового баланса (при отсутствии тепловых потерь в окружающую среду) формулируется следующим образом: тепловой потокФІ от теплоотдающего теплоносителя равен тепловому потоку Ф2 к тепловоспринимающему теплоносителю (ФІ = Ф2 = Ф), и записывается так:Ф= тив/,МНІ - Ґі) = тив/,ЮМЗ - Ґ2)260(13.1)илиФ= тиф”І - її) = тт2(1"5- Ґ2),(13.2)где Ф- тепловой поток, Вт; тт - массовый расход жидкости, кг/с; сртсредняя удельная массовая теплоемкость теплоносителя при постоянном давлении, Дж/(кг- К); 1- температура теплоносителей, °С; і- удельная энтальпия теплоносителя, Дж/кг.Индексом «І» отмечены величины, относящиеся к теплоотдаюшемутеплоносителю, «2» - к тепловоспринимающему.Индексом «'›› помечены температуры и удельные энтальпии теплоносителей при входе в теплообменный аппарат; <<”›› - те же параметры теплоносителей при выходе из аппарата.Обозначим произведение массового расхода жидкости на среднююудельную теплоемкость ттс т через ш, а изменения температур теплоносителей ҐІ - ҐІ' через АІІ и (2 - (2 через Аі2 - соответственно теплоотдаюшего и тепловоспринимающего.
Величину И/называют условным эквивалентом или полной теплоемкостью массового расхода. Прежнее название,когда массовая теплоемкость измерялась в ккал/(кг-°С) и для воды равнялась І ккал/(кг-°С) - водяной эквивалент, поскольку И/численно равнялось эквивалентному расходу воды, имеющему ту же полную теплоемкость, что и расход рассматриваемого теплоносителя теплоемкостью срт.Тогда уравнение теплового баланса (13.1) можно записать так:И/ІА!І = И/2АІ2.(13.3)Из (13.3) следуетАІІ/Аі2 = И/2/ И/І.(13.4)Из (13.4) получаем, что изменения температур жидкостей обратнопропорциональны произведениям их массовых расходов на удельные теплоемкости.Введем обозначения для разностей удельных энтальпий жидкостей:Аі'=1\-1|иАі2=12-12.Тогда уравнение теплового баланса (13.2) можно записать так:тпАіІ = тт2Аі2.(13.5)Из (13.5) следуетАіІ/Аі2 = И/2/И/,(13.6)т.е.
изменения удельных энтальпий теплоносителей обратно пропорциональны их условным эквивалентам.Уравнения (13.1), (13.3) и (13.4) можно применять только в случае отсутствия фазовых превращений (кипения, конденсации) одного или2611 л Іщ/ЩЯ1 ,ті! щ/щм,1\\_ ,иІІІ\\ і]п2,ИҐ212'Я0ілі; щ/щ<10Іл012Ґ.1Рис.щ/щ<112"\<\ ,12"13.3.Изменениетемператур при различныхиҐ,І"1/ІЯсхемах движения теплоносителей:а - прямоток; 6 - противотокі2цА0цАобоих теплоносителей в теплообменном аппарате, а уравнения (І3.2),(13.5) и (13.6) - для всех случаев теплообмена при наличии или отсутствии фазовых превращений жидкости.На рис. 13.3 показаны характерные кривые изменения температуржидкостей при движении их вдоль поверхности нагрева площадью А взависимости от отношения И/,/ И/2 для прямотока и противотока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
