Баскаков А.П. (ред.) Теплотехника Энергоатомиздат, 1991 (947482), страница 32
Текст из файла (страница 32)
критического радиуса теплоизоляции на трубе. 12 2. Рассчитать теплопотери через глухую стену здании размером 2,5 Х4 и зимой (1> =20 'С, 1,= — 20 'С) Стена сделана из кирпича к=0,5 Вт/(м К), толщина стены 6= =0,5 и; о =10 Вт/(че К), сне= =30 Вт/(и'. К! !2лй Рассчитать теплопотери через полностью застекленную стену при условиях задачи 12 2. Остекление двойное. Толщина стекол 6„=3 мм, зазор между стеклами 6,=0,1 м. 12.4 Оценить плошадь радиатора отопления для комнаты с двумя наружными стенками (см.
задачи 12 2 и 12.3), если температура воды в радиаторе 80 'С. 12 5 Рассчитать, через какое время начнет замерзать вода с температурой 20 'С в неизолированном водоводе диаметром 200 мм при выходе из стопа засосов зимой (»= — 20 'С; и=30 Вт/(и ° К) 1. 125 На какое расстояние можно транспортировать воду по трубопроводу согласно условиям задачи 12.5 со скоростью ! и/с) Наиболее простыми и компактными являются смесительные теплообменники, в которых смешиваются теплоносители, не требующие дальнейшего разделения, например при подогреве воды паром (рис. 13.1). Используются смесительные теплообменники и для легко разделяющихся теплоносителей: газ — жидкость, газ— дисперсный твердый материал, вода— масло и т. д. Для увеличения поверхности контакта теплоносителей их тщательно перемешивают, жидкости разбрызгивают или разбивают на мелкие струи.
На рис. 13.2 изображена схема гра. дирни — смесительного теплообменника для охлаждения воды потоком атмосферного воздуха. Такими теплообменннками оборудованы очень многие производства, где требуется сбросить теплоту в окружающую среду. Охлажденная вода нужна на тепловых электрических станциях для конден. саторов турбин, и компрессорных станциях для охлаждения воздуха н т. д.
дэмод Ьоздуха и о аа ооэигом дход даы дгод доэдуха 104 Рис. 13.1. Использование струйного смеси- тельного теплообмеикика для подогрева воды варом при термической деаэрапик (удалении растворенных газов) Охлаждение воды в градирнях происходит не только за счет нагрева воздуха, но и за счет частичного испарения самой воды (около! %).
Для обеспечения движения воздуха градирни оборудуются либо вентилятором, либо высокой вытяжной башней. Теплый и влажный воздух легче наружного, поэтому создается естественная тяга с подъемным движением воздуха внутри башни. В рекуперативных теплообменниках теплота от одного теплоносителя к друго. му передаетси через разделяющую их стенку. Для уменьшения термического сопротивления стенка выполняется из материала с хорошей теплопроводностью: меди, стали, латуни, сплавов алюминия и т.д.
Наиболее распространены т р у б ч ат ы е теплообменники (рис. 13.3], в которых один теплоноситель движется в трубах, а другой— в межтрубном пространстве. В таких теплообменнинах смешения теплоносителей не происходит, и они используются для самых разнообразных сочетаний греющего и нагреааемого вещества. Регенеративные теплообменники и теплообменники с промежуточным теплоносителем работают фактически по од- Рис. !3 2. Схема смесительного теплообмеи. инка (градирии): 1 — насадка; 2 — сепаратор пппкнык капель, 3 — . векткэптпр Рис. 13.3.
Схема простейшего кожухотрубчатого рекуператиаиого теплообмеииика для передачи теплоты от одного теплоносителя (/) к другому (//] ному и тому же принципу, заключающемуся в том, что теплота от одного теплоносителя к другому переносится с помощью какого-то третьего — вспомогательного вещества. Это вещество (промежуточный теплоноситель) нагревается в потоке горячего теплоносителя, а затем отдает аккумулированную теплоту холодному теплоносителю. Для этого необходимо либо переносить сам промежуточный теплоноситель из одного потока в другой, либо периодически переилючать потоки теплоносителей в теплооб.
меииике периодического действия (рис. !3.4). В регенеративных теплообменниках а качестве промежуточного теплоиосите. ля используется твердый достаточно массивный материал — листы металла, кирпичи, различные засыпки. Регенера- Глдлги югам Налдллгьлг улзррл Хзллдлы Юлзйкл рлллмллл- ллм ллзлг 105 Рис.
!ЗЛ, Регенеративиый подогреватель воздуха периодического действия с переключе. иием потоков, движущихся через насадку тинные теплообменники незаменимы для высокотемпературного (() )000 'С) подогрева газов, поскольку жаростойкость металлов ограничена, а насадка из огнеупорных кирпичей может работать при очень высоких температурах. Иногда регенеративные теплообменники выгодно испольэовать и для охлаждения запыленных газов, которые способны быстро изнашивать или забивать трубки рекуператоров. В теплообменниках с промежуточным теплоносителем теплота от греющей среды к иагреваемой переносится потоком мелкодисперсного материала или жидкости.
В ряде случаев промежуточный теплоноситель при работе меняет агрегатное состояние. Одним из оригинальных устройств, использующих в качестве промежуточного теплоносители пар и его конденсат, является герметичная труба, заполнен. ная частично жидкостью, а частично паром (рис. !3.5). Такое устройство, называемое тепловой трубой, способно передавать большие тепловые мощности (в )000 раз больше, чем медный стержень тех же размеров). На горячем конце тепловой трубы за счет подвода теплоты испаряется жидкость, а на холодном — конденсируется пар, отдавая выделившуюся теплоту. Конденсат возврагцается в зону испарения либо самотеком, если холодный конец можно разместить выше горячего, либо за счет использования специальных фитилей, по которым жидкость движется под дей- Рис.
!3.5. Схема работы тепловой трубы с возвратом конденсата под действием гравитационных сил (термосифои) станем капиллярных сил в любом направлении, даже против сил тяжести (как спирт в спиртовке). Тепловые трубы с самотечным возвратом конденсата известны давно. Широкое распространение тепловых труб с фитилями началось недавно в связи с необходимостью отвода больших тепловых потоков от мощных, но малогабарит.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
