Основные уравнения проектного теплового расчета


В первичные исходные данные для расчета теплообменного аппарата входят расходы теплоносителей, их начальные и конечные температуры. Недостающие величины определят из теплового баланса c учетом реальной температурной схемы процесса.

5.1.1 Уравнение теплового баланса.

В общем случае уравнение теплового баланса теплообменного аппарата имеет вид

Q1=Q2+∆Q, (5.1)

где Q1 – количество теплоты, отдаваемое горячим теплоносителем в единицу времени, Вт;

Q2 – количество теплоты, воспринимаемое холодным теплоносителем в единицу времени, Вт;

∆Q – тепловые потери в окружающую среду, Вт.

Тепловые потери ∆Q зависят от режима работы теплообменного аппарата, его конструкции и качества тепловой изоляции. Величину тепловых потерь рассчитывают индивидуально для каждого теплообменника. При выполнении данного проекта принимаем потери равные 5 %.

Тогда уравнение теплового баланса принимает вид

Q1∙0,95=Q2=Q, (5.2)

где Q – тепловая мощность теплообменного аппарата, Вт.

Тепловую мощность теплообменного аппарата для горячего теплоносителя рассчитывают по формуле

, (5.3)

где G1­- расход горячего теплоносителя, Дж/кг;

Ср1 – удельная теплоемкость горячего теплоносителя, Дж/(кг∙К);

- температура выхода горячего теплоносителя, °C;

- температура входа горячего теплоносителя, °C.

Тепловую мощность теплообменного аппарата для холодного теплоносителя рассчитывают по формуле

. (5.4)

Неизвестную температуру, с учетом (5.4), определяют по формуле

, (5.5)

где – температура выхода холодного теплоносителя, °C;

- температура входа холодного теплоносителя, °C;

G2­- расход холодного теплоносителя, Дж/кг;

Ср2 – удельная теплоемкость горячего теплоносителя, Дж/(кг∙К).

Если все температуры заданы, то находится расход одного из потоков.

Физико-химические свойства теплоносителей, необходимые для расчетов, такие как удельная теплоемкость, плотность, динамическая и кинематическая вязкость, удельная теплопроводность определяются с помощью специального программного обеспечения или по справочникам. При необходимости можно воспользоваться приложениями 2.А, 2.Б, 2.В, 2.Г, 2.Д, соответственно. При определении физико-химических свойств необходимо учитывать среднюю разность температур сырья в трубном и межтрубном пространстве

; (5.6)

Полученные результаты отображают на расчетной температурной схеме. Типовые температурные схемы теплообменных процессов отображены на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Температурные схемы теплообменных процессов (на оси х откладывается температура, на оси y длинна) [6]

5.1.2 Уравнение теплопередачи.

Общая кинетическая зависимость для процессов теплопередачи, выражающая связь между тепловым потоком Q, поверхностью теплообмена F и температурным напором, представляет собой основное уравнение теплопередачи

Q = , (5.7)

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2⋅К);

∆t - температурный напор, °C.

Коэффициент теплопередачи k и температурный напор ∆t в общем случае изменяются по поверхности теплообмена F. Для определения среднего коэффициента теплопередачи и усредненного по всей поверхности температурного напора ∆tср необходимо знать закон изменения k и ∆t по поверхности. В большинстве случаев коэффициент теплопередачи изменяется незначительно и его можно принять постоянным, изменение же ∆t будет зависеть от схемы включения теплообменника. Если считать величину k постоянной, а значение ∆t известным, то уравнение (5.7) примет вид

 

Q = k∙F ∙∆tср, (5.8)

где ∆tср – средняя разница температур, °C.

Коэффициент теплопередачи k характеризует перенос тепла за счет теплопроводности и конвекции, он зависит от совокупности условий течения и теплообмена обеих сред в каналах теплообменного аппарата, от геометрической конфигурации поверхностей теплообмена, теплофизических свойств теплоносителей и материалов разделяющей их поверхности. В связи с этим, первоначально используем ориентировочный коэффициент теплопередачи из приложения 2 Е.

Средняя разность температур при прямотоке или противотоке теплоносителей равна

, (5.9)

где Δtб и Δtм – разности температур (большая и меньшая) теплоносителей на концах теплообменника.

Если / ≤2, то с достаточной точностью можно принимать

, (5.10)

Расчет среднего температурного напора для многоходовых схем движения теплоносителей выполняют в два приема: определяют величину согласно (5.9) или (5.10), а затем вычисляют вспомогательные параметры:

, (5.11)

 

, (5.12)

Тогда для многоходового теплообменного аппарата средняя разница температур будет вычисляться по формуле

, (5.13)

где - поправочный коэффициент, вычисляемый с помощью рисунка 5.2.

a – для теплообменников с перекрестно-смешанным током теплоносителей;

б – для теплообменников со смешанным током теплоносителей

Рисунок 5.2 – Поправочные коэффициенты к расчету [6]

 

Таким образом, выбрав геометрию поверхностей теплообмена и принципиальную схему теплообменного аппарата в целом, после соответствующих расчетов k и ∆tср можно определить согласно (5.8) площадь теплопередающей поверхности, необходимой для обеспечения заданной тепловой мощности аппарата

(5.14)


Дата добавления: 2020-10-25; просмотров: 459;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.01 сек.