Основные положения теплового расчета
При проектировании новых аппаратов целью теплового расчета является определение поверхности теплообмена, а если последняя известна, то целью расчета является определение конечных температур рабочих жидкостей. Основными расчетными уравнениями теплообмена при стационарном режиме являются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса.
Уравнение теплопередачи (24-6) где Q — тепловой поток, вm; k — средний коэффициент теплопередачи, вт/м2-град; F — поверхность теплообмена в аппарате, м2; t1 и t2 — соответственно температуры горячего и холодного теплоносителей.
Уравнение теплового баланса при условии отсутствия тепловых потерь и фазовых переходов:
или где V1ρ1 и V2ρ2— массовые расходы теплоносителей, кг/сек;
cp1 и СР2—средние массовые теплоемкости жидкостей в интервале температур от f до t";
t'1и t'2—температуры жидкостей при входе в аппарат; t"1 и t''2—температуры жидкостей при выходе из аппарата. Величину произведения называют водяным, или условным, эквивалентом.
С учетом последнего уравнение теплового баланса может быть представлено в следующем виде:
- условные эквиваленты горячей и холодной жидкостей.
В тепловом аппарате температуры горячей и холодной жидкостей изменяются обратно пропорционально их условным эквивалентам. Это соотношение сохраняется и для каждого элемента поверхности аппарата:
где - изменения температуры горячего и холодного теплоносителей на элементе поверхности аппарата.
Соотношение между величинами условных эквивалентов горячей и холодной среды определяет наклон температурных кривых на графиках изменения температур. Например, если W1 = 2W2, то изменение температуры холодного теплоносителя будет вдвое больше изменения температуры горячего теплоносителя.
При выводе основного уравнения теплопередачи (24-6) принималось, что температуры горячей и холодной среды в теплообменном аппарате не изменяются. В действительности температуры рабочих жидкостей при прохождении через аппарат изменяются, причем на изменение температур большое влияние оказывают схема движения жидкостей и величины условных эквивалентов.
Если по оси абсцисс откладывать значения поверхности аппарата, а по оси ординат — значения температур в различных точках поверхности, то для аппаратов с прямотоком можно дать температурные графики, представленные на рис. 30-2.
Для аппаратов с противотоком (рис. 30-3) верхние кривые показывают изменение температуры горячего теплоносителя, нижние — холодного.
Как видно из рис. 30-2, при прямотоке конечная температура холодного теплоносителя всегда ниже конечной температуры горячего теплоносителя. При противотоке (см. рис. 30-3) конечная температура холодной жидкости может быть значительно выше конечной температуры горячей жидкости. Следовательно, в аппаратах с противотоком можно нагреть холодную среду, при одинаковых начальных условиях, до более высокой температуры, чем в аппаратах с прямотоком. Кроме того, как видно из рисунков, наряду с
изменениями температур изменяется также и разность температур между рабочими жидкостями, или температурный напор ∆t.
Величины ∆t и k можно принять постоянными только в пределах элементарной поверхности теплообмена dF. Поэтому уравнение теплопередачи для элемента поверхности теплообмена dF справедливо лишь в дифференциальной форме:
Тепловой поток, переданный через всю поверхность F при постоянном среднем коэффициенте теплопередачи k, определяется интегрированием уравнения (30-3): (30-4)
где ∆tср — средний логарифмический температурный напор по
всей поверхности нагрева.
Для случаев, когда коэффициент теплопередачи на отдельных участках поверхности теплообмена значительно изменяется, его усредняют:
Тогда при kfp — const уравнение (30-4) примет вид
Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 2613;