Материал: teplo_2012

-аппараты, в которых изменяется агрегатное состояние одного теплоносителя, – конденсаторы (горячего теплоносителя), парогенераторы, испарители (холодного теплоносителя);

-аппараты, в которых изменяются агрегатные состояния обоих теплоносителей (конденсаторыиспарители).

3. По конструктивному оформлению:

-трубчатые;

-трубчато-ребристые;

-пластинчатые;

-пластинчато-ребристые;

-трубчато-пластинчатые.

Наиболее распространенной конструкцией являются трубчатые аппараты. Поверхность теплообмена таких аппаратов состоит из одной или нескольких труб. Простейший теплообменник (типа «труба в трубе» состоит всего из одной трубы, которая внутри омывается одним теплоносителем, а снаружи – другим, протекающим в кольцевом пространстве между теплообменной трубой и кожухом. Если теплообменник состоит из нескольких труб, то они собираются в трубный пучок с помощью трубных досок. Трубы с трубными досками заключены в кожух.

Рассмотрим принципы теплового расчета рекуперативных теплообменников с однофазными теплоносителями. Обычно при расчете аппарата определяется либо поверхность теплообмена (конструкторский расчет), либо количество переданного тепла и конечные температуры теплоносителей (поверочный расчет). В основе теплового расчета теплообменных аппаратов лежат уравнения теплового баланса и теплопередачи.

При стационарном режиме работы, если пренебречь утечками тепла в окружающую среду, передаваемый в аппарате тепловой поток равен уменьшению энтальпии горячего теплоносителя и увеличению энтальпии холодно-

116

где G – массовый расход теплоносителя, кг/с; i′ и i″ – энтальпии на входе и выходе из аппарата, Дж/кг, Q – тепловой поток, Вт. Индекс «г» обозначает горячий теплоноситель, «х» – холодный. Уравнение (4.2) – уравнение теплового баланса.

Если вместо энтальпии ввести теплоемкость при постоянном давлении cp, воспользовавшись соотношением di = cpdt, то уравнение (4.2) примет вид:

(4.3)

т.е. отношение изменения температур однофазных теплоносителей обратно пропорционально отношению их полных теплоемкостей (водяных эквивалентов).

Для элемента поверхности теплообмена dF уравнение теплопередачи в

турный напор. Суммарный поток тепла через поверхность теплообмена равно:

117

ности теплообмена. Для однофазных теплоносителей коэффициент теплопередачи обычно изменяется незначительно, поэтому принимается постоянным по всей поверхности теплообмена. Тогда

Если в теплообменном аппарате коэффициент теплопередачи существенно изменяется на отдельных участках поверхности теплообмена (как, например, для аппаратов с кипением или конденсацией теплоносителя на части

где α1, α2 – коэффициенты теплопередачи; δ – толщина стенки; λ – коэффициент теплопроводности материала стенки; а для цилиндрической стенки при отнесении теплового потока соответственно к внутренней и наружной поверхности равен:

где α1, α2 – коэффициенты теплоотдачи внутри и снаружи трубы; d1 и d2 –

118

внутренний и наружный диаметры, Вт/(м2·К).

Если d2/d1 < 1,8, то вполне допустимо использование определения k по формуле для плоской стенки (4.11):

Q = kπd0 l t , (4.14)

где d0 = d2 при α1 >> α2; d0 = d1 при α2 >> α1 и d0 = 0,5(d1 + d2) при α1 = α2;

здесь l – длина труб.

Если ввести линейный коэффициент теплопередачи для цилиндрической стенки:

Необходимые для определения коэффициента теплоотдачи расчетные зависимости приводятся в учебниках, монографиях и справочниках.

Определим среднюю разность температур t для простейших схем движения теплоносителей – прямоточной (см. рис. 1.6, а) и противоточной (см. рис. 1.6, б). Характер изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена определяется схемой движения и соотношением теплоемкостей массовых расходов теплоносителей Wг и Wх (водяных эквивалентов). На рис. 4.2 показаны соответствующие кривые для прямотока и противотока, построенные для постоянного коэффициента теплопередачи вдоль поверхности теплообмена F. Из рисунка видно, что для теплоносителей с большей теплоемкостью массового расхода температура вдоль поверхности теплообмена изменяется слабее.

Для прямотока (рис. 4.3) на участке dF температура горячего теплоносителя понизится на dtг, холодного – повысится на dtх. Согласно уравнению

119

Изменение температурного напора:

Используя уравнение (4.3) и выражая dQ через уравнение теплопередачи (4.7), можно получить, с учетом определения среднего по поверхности температурного напора t согласно уравнениям (4.9) и (4.10):

Рис. 4.2. Изменение температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при прямотоке и противотоке

120