2.3. Теплопередача от основания теплообменника через оребренную поверхность.
Рис 2.3 Расчётная схема теплопередачи через оребренное основание теплообменника:
1 – направление движения горячего теплоносителя температуры tг;
2 – перекрёстное направление движения потока холодного теплоносителя температуры tx;
3 – тонкое ребро прямоугольного сечения;
4 – оребрённое основание;
5 – “адиабатическая”теплоизоляция;
6 – окружающая среда;
7 – направление теплового потока Q.
Тепловой поток от теплоносителя большей температуры tгк теплоносителю с меньшей температуройtxпередаётся через основание 4 теплообменника к плоскости основания рёбер температурыt2. Затем тепловой поток разделяется на две параллельные составляющие:
∆
- через массив
рёбер к теплоносителю; и
- непосредственно
к теплоносителю tx.
Коэффициенты
теплоотдачи
на поверхности рёбер и на поверхности
не оребрённой части основания одинаковы.
Соответствующие поверхностные плотности
тепловых потоков:
и
.
–текущая высота
ребра:
;
- коэффициент
теплопроводности материала ребра.
В упрощённой расчётной схеме допускаем отсутствие теплопотерь в окружающую среду в плоскости торцев рёбер: «идеальная» теплоизоляция.
Температура ребра
снижается по высоте ребра, поскольку
оно охлаждается. Ребро имеет сопротивление
теплопереносу по его массиву, поэтому
производная
зависит
от указанного термического сопротивления.
В расчёте теплопередачи от теплоносителя tгк теплоносителюtxиспользуют выражение тепловых балансов:
,
Где
-
коэффициент теплоотдачи от теплоносителя
температуры
к основанию теплообменника температуры
;
F- площадь поверхности основания;
-
коэффициент теплопроводности массива
основания;
- коэффициент
теплопередачи от плоскости
основания рёбер к теплоносителю
.
(2,35)
- см. (1,4)
В результате
,
Вт
(2,36)
2.4 Тепловой расчёт рекуператоров.
Рекуператор – это теплообменное устройство: как правило необходимый элемент любого агрегата в установившемся химико-технологическом процессе.
В зависимости от принципа преобразования энергии, начиная со сложной конструкции реактора и заканчивая обычным экономайзером для подогрева воды и воздуха, теплообменники имеют конструкции, соответствующие процессам, происходящим в них.
Наиболее простым видом являются теплообменники-рекуператоры, имеющие разделяющую стенку между однофазными потоками нагреваемого и охлаждаемого теплоносителей.
Принцип теплового
расчёта заключается в решении ряда
задач, вытекающих из структуры формулы
результирующего теплового потока Qот охлаждаемого (tr)
к нагреваемому (
)
теплоносителю:
,
(2,37)
где F– площадь поверхности теплопередачи;
k– коэффициент теплопередачи, приведённой к этой поверхности;
- среднеинтегральная
разность температур.
Иначе (2,37) можно представить как
,
(2,38)
где
-
термическое сопротивление теплообменника:
,
где
и
-
толщина и коэффициент теплопроводности
материала стенки;
и
-
коэффициенты теплопередачи от горячего
теплоносителя к стенке и от стенки – к
холодному теплоносителю.
В зависимости от вида комбинации заданных и искомых сомножителей правой части (2,37) виды тепловых задач могут быть различными, а именно:
Раскрывая в (2,37) левую часть, имеем систему трёх уравнений:
(2,39)
Здесь:
,
- выданные эквиваленты,
;Gг,Gx-
массовые расходы теплоносителей,
;
-
значения удельных массовых теплоёмкостей,
.
,
- температуры теплоносителей на их
входе;
,
-
на их выходе из теплообменника.
Величина
- функция 4хвышеупомянутых величин.
.
(2,40)
Таким образом в
систему (2,39) 3х уравнений входят
параметры
-
8 величин. Тогда получим связь 8-3=5
параметров. Используем ещё одно уравнение,
полученное при интегрировании
дифференциальных уравнений теплового
баланса:
(2,41)
здесь Е- эффективность теплообменника, значения которой зависит от схемы движения теплоносителя.
Тогда мы можем получить функциональную связь четырёх параметров. Число параметров можно сократить и представить связь в компактном виде, используя безразмерные комплексы:
Тогда получаем связь :
для
различных схем движения потоков.
Эта связь представлена на рис.2,4 для схем “прямоток”, “противоток”, “однократно-перекрёстный ток”.
