Материал: Теоретические основы теплотехники 2

турах , действительным для любых схем движения теплоносителей, является уравнение предложенное проф. Н,И. Белоконем [1, 5]

Индекс противоточности P определяется как отношение водяного эк-

вивалента поверхности теплообмена, где осуществляется противоточная схе-

ма движения теплоносителей (kF)прот, и водяного эквивалента поверхности теплообмена всего ТА ( kF ) [1, 5]

96

Для прямоточной схемы индекс противоточности равен p = 0, а при противотоке p = 1 и в этом случае уравнение (231) совпадает с уравнением Грасгофа (228).

12. Тепловой расчет теплообменных аппаратов

При добыче, транспорте и переработке нефти и газа в связи с техноло-

гической необходимостью или с целью снижения энергозатрат широко ис-

пользуются процессы передачи теплоты от одной к другой среде (жидкости или газу). Устройства, в которых происходит передача теплоты между теп-

лоносителями (средами), называются теплообменными аппаратами (ТА).

Классификация теплообменных аппаратов

По принципу действия теплообменные аппараты делятся на рекупера-

тивные, регенеративные и смесительные [2, 5].

В рекуперативных ТА горячий и холодный теплоносители одновре-

менно подаются в аппараты, омывая с разных сторон поверхность теплооб-

мена, а тепловой поток Q передается от горячего к холодному теплоносите-

лю через разделяющую их стенку (рис. 26а).

Рис. 26. Схемы теплообменных аппаратов:

1 – горячий теплоноситель; 2 – холодный теплоноситель

97

В регенеративных ТА горячий и холодный теплоносители омывают одну и ту же поверхность теплообмена последовательно (рис. 1.б). При омы-

вании поверхности теплообмена горячий теплоноситель отдает ей теплоту, а

затем ту же поверхность омывает холодная теплоноситель, который, получая теплоту, нагревается. Примером регенеративных ТА могут служить аппараты насадочного типа.

В рекуперативных и регенеративных ТА в процессе теплопередачи

между теплоносителями участвует поверхность теплообмена, поэтому эти аппараты называются поверхностными.

В смесительных ТА теплопередача между теплоносителями осуществ-

ляется путем их непосредственного смешения (рис. 1.в). Эти ТА называются

контактными. Примером таких ТА могут быть градирни, в которых оборот-

ная вода охлаждается атмосферным воздухом.

По назначению теплообменные аппараты делятся на конвективные

(нагреватели и холодильники), испарители, конденсаторы и кристаллизато-

ры.

В конвективных ТА не происходит агрегатного превращения теплоно-

сителей.

Виспарителях происходит испарение холодного теплоносителя или компоненты холодного теплоносителя.

Вконденсаторах конденсируется горячий теплоноситель или компо-

ненты горячего теплоносителя.

Кристаллизаторы используются для охлаждения потока горячего теп-

лоносителя до температуры, обеспечивающей образование кристаллов неко-

торых компонентов горячего теплоносителя.

Основы теплового расчета рекуперативных теплообменных аппаратов

В зависимости от постановки задачи тепловой расчет теплообменных аппаратов может быть конструктивным (расчеты первого рода) или пове-

рочными (расчеты второго рода).

98

При конструкторском тепловом расчете известны: скорость, плот-

ность и температура теплоносителей на входе и на выходе из теплообменно-

го аппарата, а также расходы теплоносителей. Определяют тепловую мощ-

ность и площади поверхности теплообменного аппарата, с дальнейшим кон-

струированием нового или выбором стандартного аппарата.

Поверочный тепловой расчет выполняется в том случае, когда поверх-

ность теплообмена и размеры теплообменного аппарата известны, а необхо-

димо определить мощность теплообменного аппарата и температуры тепло-

носителей на выходе из теплообменника. При этом задаются температуры теплоносителей на входе в теплообменник и расходы теплоносителей.

В основу теплового расчета рекуперативных ТА положены: уравнение теплового баланса

и обобщенное уравнение теплопередачи при переменных температурах

где η – коэффициент, учитывающий тепловые потери в окружающую среду, η = 0,95 – 0,98;

Уравнения (238), (239) справедливы для всех типов рекуперативных ТА любого назначения [конвективные ТА (нагреватели, холодильники), ис-

парители, конденсаторы и кристаллизаторы], но при этом тепловые потоки

99

термические сопротивления загрязнений поверхности теплообменных труб

На первом этапе конструктивного теплового расчета ТА коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному теплоносителю ( 1 , 2 ) выбираются из справочных таблиц, а затем рассчи-

тываются по критериальным уравнениям [2-5]. Значения термических сопро-

тивлений загрязнений и стенки теплообменной трубы находятся по справоч-

ной литературе [3, 4, 7, 8].

Конструируемый или выбираемый стандартный теплообменный аппа-

рат способен обеспечить заданные температурные режимы теплоносителей,

если его индекс противоточности p при заданных температурных режимах и водяных эквивалентах теплоносителей больше или равен минимальному ин-

дексу противоточности pmin

Минимальный индекс противоточности ТА определяется только тем-

пературатурными режимами теплоносителей и находится по соотношению

[1, 5]

где t1 , t1 – температура горячего теплоносителя на входе и выходе ТА;

t , t – температура холодного теплоносителя на входе и выходе ТА.

2 2

100