2.3 Средняя разность температур теплоносителей

Средняя разность температур потоков (средняя движущая сила процесса теплопередачи) зависит от относительного движения теплоносителей. В непрерывных процессах теплообмена различают прямоток (или параллельный ток), при котором теплоносители движутся в одном и том же направлении (рисунок 30 а); противоток, при котором теплоносители движутся в противоположных направлениях (рисунок 30 б); перекрестный ток (рисунок 30 в); смешанный ток (простой – рисунок 30 г и многократный – рисунок 30 д).

Рисунок 30 – Схемы относительного движения теплоносителей в теплообменниках

При изменении фазового состояния теплоносителя его температура постоянна вдоль всей поверхности теплопередачи и равна температуре кипения (или конденсации) t_s, зависящей от давления и состава теплоносителя.

В аппаратах с прямо- или противоточным движением теплоносителей средняя разность температур потоков определяется как средне логарифмическая между большей и меньшей разностями температур теплоносителей на концах аппарата

(10)

Если эти разности температур одинаковы или , то среднюю разность температур можно приближенно определить как среднеарифметическую между ними

.(11)

Возможное изменение температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена и расчетt_б и t_м в зависимости от относительного движения теплоносителей и при изменении фазового состояния горячего теплоносителя показано на рисунке 31.

Рисунок 31 – Изменение температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена F (м²) и расчет большей (t_б) и меньшей (t_м) разностей температур на концах аппарата при противотоке (а, b), прямотоке (с) и при изменении фазового состояния горячего теплоносителя (d; t_s – температура конденсации; t_1н=t_1к=t_s)

В аппаратах с противоточным движением теплоносителей t_ср при прочих равных условиях больше, чем в случае прямотока. Это различие практически исчезает при очень малом изменении температуры одного из теплоносителей и оказывается равным нулю при изменении фазового состояния теплоносителей (либо одного из них). При сложном взаимном движении теплоносителей, например при смешанном или перекрестном токе, t_ср принимает промежуточное значение между значениями при противотоке и прямотоке. Его можно рассчитать, вводя поправку _t1 к средне логарифмической разности температур для противотока, рассчитанной по формуле

t_ср=_t t_ср.лог. (12)

Эту поправку для наиболее распространенных схем взаимного направления движения теплоносителей можно рассчитать теоретически [1, с.46], либо графически [1, с.42].

В многоходовых теплообменниках с простым смешанным током (один ход в межтрубном пространстве и четное число ходов в трубном) среднюю разность температур можно рассчитать по формуле [2]

, (13)

где t_б и t_м – бóльшая и меньшая разности температур на концах теплообменника при противотоке с теми же начальными и конечными температурами теплоносителей; ;Т = t_н1 – t_к1 – изменение температуры горячего теплоносителя; t = t_к2 – t_н2 – изменение температуры холодного теплоносителя.