Теплотехника Учеб. для вузов А. П. Баскаков, Б. В. Берг, О. К. Витт и др (943465), страница 32
Текст из файла (страница 32)
ных полупроводниковых устройств. Практически незаменимы тепловые трубы с фитилями в космосе. Для охлаждения механических, электрических нли радиотехнических устройств в земных условиях мы очень широко используем естественную конвекцию. В космосе естественной конвекции не может быть, поскольку отсутствует сила тяжести, и нужны иные способы отвода теплоты.
Тепловые трубы с фитилями могут рабо. тать и в невесомости. Онн малогабаритны, не требуют затрат энергии на перекачку теплоносителей н при соответствующем подборе рабочего агента работают в широком интервале температур. Широкие возможности открываются при использовании в качестве промежуточного теплоносителя мелкодисперсного материала, который может работать в самых различных условиях (при высоких и низких температурах, в агрессивных газах и т. д.). Такой материал легко транспортируется потоком газа и в зависимости от условий может находиться во взвешенном, плотном или псевдоожижениом состоянии. Использование того или иного типа теплообменника в каждом конкретном случае должно быть обосновано техникоэкономическими расчетами, поскольку каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. ю ргр! 106 13.2.
РАСЧЕТНЫЕ УРАВНЕНИЯ Общим уравнением при расчете теплообменника любого типа является уравнение теплового баланс а — уравнение сохранения энергии. тепловой поток 12ь отданный в теплообменннке горячим теплоносителем (индекс 1), например, при его охлаждении ' от температуры !! до !(; равен О1 — пг$ (ср$1,— ср$1~), (!3.1) где т — массовый расход теплоносителя. Несколько процентов (обычно 10%) от С), теряется в окружающую среду через стенки теплообменника, а основная часть !!з=ц(), (КПД теплообменника Ч учитывает потери) передается второму теплоносителю (индекс 2).
Тепловой поток !,'!ь получаемый холодным теплоносителем, можно рассчитать через разность энтальпий по аналогии с уравнением (13.1): От= т (г."1" — с'э!')=Ч(), = = Члг, (с',Г', — с,", 11). (13.2) Уравнение теплового баланса (13.2) позволяет найти один неизвестный параметр: либо расход одного из теплоносителей, либо одну из температур.
Все остальные параметры должны быть известны. Тонкие стенки трубок рекуперативных теплообменников практически всегда считаются плоскими, поэтому поверхность Е, необходимая для передачи теплового потока Щ от горячего теплоносителя к холодному, определяется из приближенного уравнения (12.12), согласно которому йх=йГ(Н вЂ” гз)=АР бб Методики расчета теплообменников других типов можно найти в специальной литературе (7).
' Если в теплоабменяике происходят фазовме превращения, то разницу энтальпий следует рассчитывать по диаграммам состояния данного вещества, а не через теплоемкость ср Например, прн конденсации пара температура ие изменяется, а эитальпия каждого килограмма теплоносителя уменьшается на теплоту парообразования г. Рнс. 13.б. Схемы движения теплоносителей в теплообменииках: а — противотак, б — прччотак Рис !3 7.
Изменение температур теплоносителей в теплообмгннике, обогреваемом паром [Три выводе уравнении (12.12) предполагалось, что температуры теплоносителей б и Гх постоянны, а между тем оии изменяются по длине теплообменника (рис. 13.6). В расчете, очевидно, нужно использовать среднеинтегральную по длине теплообменника разность температур теплоносителей: 2 Пользоваться среднеарифметическим значением д7=0,5(б),+А1„) можно только в случае, когда б!р/б(„(2. Погрешность не будет превышать 4 вю Определим точное значение среднего перепада температуры б! для простейшего случая, когда температура греющего теплоносителя неизменна (рис. 13.7).
Через дифференциально малую площадь теплообменника бЕ передается тепловой поток Щ=й ЛЫЕ, (13.4) за счет которого температура нагревае. мого теплоносителя изменяется на с(12, а разность температур теплоносителей— на с!(Л!), причем при 6 =сопэ1 с(»»=в г!(Лг). Тогда 692 = тгсргг( (Л!). (13.5) Приравняем правые части уравнений (13.4) и (13.6); й Л»г Г т2с гг/ (Л!) (13 6) Разделим переменные и проинтегрируем по Е от О до Е и по Л! от Лг„ до Л!а при ср2 = соп5( р х ~ — ',†. (!3.7) с( (Л») Л! Отсюда тгс Л/а Е= "Р )о —, й А!„' или тгсрг — — йЕ/)п (Л!а/Л»„).
(13.8) Подставим тгс,г иэ (13,8) в уравнение (13.'2) "гг — т2Ср2 (!2 — !2)= =тгс 2 (Л! — Л!„)м йг'(Л!а— — А» )/)!п(Л»а/А»,)). (139) Сравнивая выражения ( 13.9) и (13.3), нетрудно видеть, что Л!а Лгм л!= ' "-. (1ззо) 1п (Л(б/Л!м) Точно таким же получается выражение для ЛТ и при других схемах движения теплоносителей, изображенных на рис. 13.6. Обратите внимание, что Л!а и Л! — это перепады температур между теплоносителями на концах теплообменника.
Только в прямоточном теплообменнике значение Л!а всегда равно разности температур теплоносителей на входе, а Л»м — на выходе. В пРотивпточном теплообменнике теплоносители движутся геры Рис. !3.8. Схемы теплообмеинккоа с перекрестным током теплоносителей: а — двукходовой воздухокодогреваталь, Л вЂ” мкогоходовой змаввкковмй водокодогреватааь 1акокомайзер! навстречу друг другу и значени» АГ на концах определиются уже по разности температур на входе греющего и выходе нагреваемого теплоносителя. На каком конце теплообменника значение А! будет больше, показывает конкретный расчет. Если Л)а и Л! поменять мест ми, то ошибки не будет, ибо отрицательными с~внут н числитель, н знаменатель в формуле (!3.10). Типичная ошибка в»вникает, если при расчете температурных напоров ЛГ берутся разности между температурами теплоносителей (а иногда н одного теплоносителя) на разных концах теплообменника.
Для исключения ошибок при расчете значений Л! на концах теплообменннка целесообразно всегда рисовать график изменения температур по длине теплообменника, аналсгичный приведенным на рис. !3.6 и 13,7. На практике чаше используюг ся противоточные схемы движения, поскольку при одинаковых температурах входящих и выходящих теплоносителей Я при пративотоке всегда больше, чем при прямо- токе. Согласно формуле (13.3) это означает, что для передачи одного и гого же теплового потока (2 при противэточной схеме потребуется теплообменннк меньшей площади. Еше одно преим щество противоточного теплообменника заключается в том, что холодный теплоноситель в нем можно нагреть до температуры более высокой, чем температ ра греющего теплоносителя на выходе !Т)(1' (см.
рис. 13.6). В прямоточном теплообменнике этого сделать невозможно, Кроме прямоточной и противоточной схем часто встречаются перекрестные с различным числом ходои (рис. 13.8). 107 Средняя разность температур при перекрестном токе меньше, чем при противо- токе, побольше, чем при прямотоке При расчете 57 для сложных схем движения теплоносителей вначале определяют б( в предположении, что теплообменник.— противоточный, а затем вводят поправки, численное значение которых берут для каждого конкретного случая из справочников (15).
При числе перекрестных ходов более трех, например, для широка распространенных змеевиков теплаоб. менников (рис 13.8 б) схему движения можно считать чисто противоточной или чисто прямоточной. !3 Зх УЧЕТ ВОЗМОЖНЫХ ОТКЛОНЕНИЙ РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ТЕПЛООБМЕННИКА ОТ РАСЧЕТНЫХ Все приведенные выше формулы для расчета тепловога потока („) (или плаща. ди Е) в теплообменниках пригодны для идеальных условий: чистые теплоносители, строго одинаковые условия обтекания поверхностей и т. д.
В реальных теплообменниках получаются заниженные значения !), поэтому приходится вводить специальные поправки для учета пенде. альности теплообменника. Наиболее просто, иа и наиболее грубо все отклонения можно учесть одним коэффициентам использования поверхности теплообмеиа Чг =г"/г5 где Е и Е' — плошади поверхности тепло- обмена идеального и реального теплообменников соответственно.
Значение Чг зависит от многих факторов. В справочной литературе (!5) можно найти рекомендации по выбору значениЯ Чю полУченные на основе опыта длительной эксплуатации теплоабменников данного типа на различных тепло- носителях и при различных режимах. Обычно Чг = 0,75 —: Озй Иными словами, плошадь теплообменника берут иа 10-- 25 % больше расчетной.
Существуют и более точные методики расчета !7), в которых вместо Чг вводится несколько поправок, причем ие обязательно в конечное уравнение (!З.З). Так, при расчете а вводятся: коэффициент 108 омывания, учитывающий неодинаковые условия обтекания поверхности потоком (неравномерное распределение теплоносителя по трубкам, застойные зоны при сложном течении теплоносителя и т.
д.); коэффициент, учитывающий наличие неконденсируюшихся газов в паре (см. рис. 10.5). При расчете коэффициента теплопередачи зачастую приходится учитывать загрязнение поверхности теплообмена пылью, залой, накипью. Это делается путем введения дополнительных идеальных термических сопротивлений загрязнения (б/х)ь Однако найти рекомендации по выбору всех этих поправок можно только для отдельных аппаратов со строго регламентированнычи условиями работы, например, для паровых котлов, конденсаторов турбин.
При расчете большинства теплообменников можно ограничиться введением Чгяэ0,8 и рекомендовать в процессе эксплуатации периодически очищать трубки теплообмениика от загрязнений, чтобы предотвратить снижение эффективности ега работы. Причем праще очистить внутреннюю поверхность труб, поэтому более грязную среду лучше направлять в трубы, а чистую — в межтрубное пространство. Например, в подогревателях воды: сырую (необработанную] воду направляют в трубы, а пар или конденсат в межтрубиое пространство.
Ежегодно, а иногда и чаше, трубки таких тепло. обменинкав очищают от загрязнений изнутри либо механически, либо с помощью специальных растворов. 1Згн ВИДЫ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННИКОВ При к о истр укт и в но м расчете теплообмениика известны начальные и конечные параметры теплоносителей и необходимо рассчитать поверхность теплообмениика, т е. фактически сконструировать теплообменник. Порядок выполнения такого расчета: 1. Из балансового уравнения определяют мощность теплового потока Оь которую должен получить холодный тепло- носитель от горячего. 2.
Пользуясь рекомендациями специальной литературы [9), задаются скоростями течения теплоносителей и конструктивными особенностями теплообменника (диаметрами трубок, проходными сечениями для теплоносителей). 3. По методике, изложенной в гл. 10, рассчитывают коэффициенты теплоотдачи, а затем по формуле (12.!1) — коэффициент теплопередачи й. 4. По формуле (13.10) определяют значение Я. 5. Из уравнения теплопередачи (13.3) находят площадь /' идеального теплообменника. 6. Задаются значением коэффициента использования поверхности теплообмена Пр и рассчитывают площадь поверхности реального теплообмеиннка г"'.
7. (!о известной площади Р рассчитывают длину трубок теплообменинка. При гфоверочном рас <ете известна конструкция теплообменника, т. е. задана плошадь поверхности тепло- обмена Р', кроме того, заданы начальные параметры теплоносителей. Необходимо рассчитать конечные параметры, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
