Баскаков А.П. (ред.) Теплотехника Энергоатомиздат, 1991 (947482), страница 33
Текст из файла (страница 33)
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. проверить пригодность данного теплообменника для какого-то технологического процесса. Сложность расчета заключается в том, что уже в самом его начале необходимо знать конечные температуры теплоносителей, поскольку они входят как в уравнение теплового баланса, так и в уравнение теплопередачи. При средней температуре, которую не найти без знания конечных, берутся параметры теплоносителей в расчетах коэффициентов теплоотдачи.
Одним из методов поверочного расчета является уже упоминавшийся метод последовательных приближений. Для этого задаются конечной температурой одного из теплоносителей, по уравнению теплового баланса рассчитывают конечную температуру второго и проводят конструктивный расчет. Если полученная в результате плошадь Р не совпадает с площадью поверхности имеющегося теплообменника, расчет проводят вновь, задаваясь другим значением температуры теплоносителя на выходе.
Большую помощь при выполнении поверочного расчета может оказать ЭВ)Ь(, резко сни- жающая трудоемкость вариантных рас- четов. Пример 133. Провести конструктивный тепловой расчет кожухагрубчатого еплаабменника (см. рис. !3.3), в котором насыщеннымм паром с давлением р.=Об МПа греется прохоляшая по трубкам вода от 1.',= !О 'С до 17=70 'С Объемный расход вод;а =! л/с=!О ' ма/с Принимаем трубы из латунг (Х= = 106 Вт/(м К)) диаметром !.„/а(.= = 16/18 мм. Скорость течения воша г. трубах теплосбмеиииков шг обычно принкмагтся около 1 м/с Теплофиэические свойства поды будем брать кэ справочника (15) при средней температуре воды !а=40 'С, а конденсата при температуре насыгцения 1, =1.= !58,8 'С Для нагрева воды необходим силовой поток: г31 =Рг1'г (сгт," — сг(г) =992,2 ° 10 г '293— — 46,2) = 245 ° ! Ог Вт. Средний перепад температур 51 можно рассчитывать по разности средних те:аператур Я=гг — 1,= 158,8 — 40= 118,8 'С, поскольку отношение Л!а/Лг =!48,8/88,8(2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
