Уравнение материального баланса для двухпоточного противоточного теплообменника.

Рисунок 16. Схема противоточного теплообменного аппарата.

Система открытая, стационарный режим. Энергетический баланс:

Т.к. мы рассматриваем низкотемпературный теплообмен, то необходимо учитывать теплопритоки из окружающей среды.

Скомпануем потоки:

«Холод» обратного потока затрачивается на охлаждение прямого потока и компенсацию теплопритока из окружающей среды.

Рассмотрим случай, когда оба потока не претерпевают фазовых преобразований, т.е. разность энтальпий пропорциональна разности температур.

Водяным эквивалентом (W) называется величина произведения массового расхода на среднюю изобарную теплоёмкость.

При расчёте теплообменных аппаратов при заданных значениях теплофизических параметров потоков, массовых расходов и температур потоков на входе в теплообменник необходимо определить значение температур потока на выходе из теплообменника.

В технике низких температур основной задачей теплообмена является понижение температуры прямого потока, в то время как повышение температуры обратного потока мало интересно.

Дано:

Решение:

В идеальном случае весь «холод» обратного потока затрачивается на охлаждение прямого потока и компенсацию теплопритока из окружающей среды, т.е. в идеальном случае Т₄=T₁.

Но в следствие неидеальности теплообмена температура T­₄<T­­₁ или T₄+ΔT=T₁, где величина ΔT называется недорекуперацией (недоиспользование холода обратного потока)

Рисунок 17. Иллюстрация недорекуперации на Q-T диаграмме.

Величина недорекуперации зависит от типа теплообменника, рабочих веществ потоков, а так же от температурного уровня работы теплообменника.

Чем меньше величина недорекуперации, тем более эффективным считается теплообменник.

Обычно она составляет не более 20 К, чем ниже температурный уровень, тем ниже недорекуперация.

Зная величину недорекуперации можно решить поставленную задачу.

Задача: определить температуру потока на выходе из теплообменника.

Дано:

	0,1	0,5
, К					-145

При соотношении водяных эквивалентов до единицы, получаем разумные температуры прямого потока, которые выше температуры обратного потока на входе в теплообменник.

Рисунок 18. Иллюстрации задавания недорекуперации на Q-T диаграмммах: а) Водяной эквивалент прямого потока больше, чем обратного, недорекуперация задана на теплом конце ТОА; б) Водяной эквивалент обратного потока больше чем прямого, недорекуперация задана на тёплом конце ТОА (неверно); в) Водяной эквивалент обратного потока больше прямого, недорекуперация задана на холодном конце ТОА.

Абсурдный результат получается вследствие того, что при величине водяного эквивалента обратного потока больше чем прямого, «холода» отданного обратным потоком получается слишком много, чем требуется прямому потоку. Потому заданная недорекуперация на теплом конце теплообменника соблюдаться не будет, т.к. это противоречит второму началу термодинамики. Поэтому недорекуперацию задают конце того потока, чей водяной эквивалент больше.