|
|
|
|
r |
|
g |
|
|
|
3 |
|
2 |
|
|
|
0,725 |
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
(T T |
|
)d |
||||
|
|
||||||
|
|
|
|
|
W |
|
|
0,25
,
(3.54)
где d – наружный диаметр трубы.
В (3.53), (3.54) и в нижеследующих формулах для расчета теплоотдачи при конденсации все теплофизические свойства жидкости выбираются из таблиц по
|
температуре (T |
|
TW ) / 2 |
и лишь величина r выбирается |
|
|
|||
0 |
по температуре насыщения T . |
|||
H
Oхладитель
x
TW
Т"
пар
y
70.Критериальные зависимости для описания теплообмена при плѐночной конденсации паров
В этом случае под действием силы тяжести пленка стекает вниз и при этом утолщается (рис.3.8).
Рис. 3.8 |
Измерения свидетельствуют о том, что |
|
температура поверхности пленки конденсата, |
||
|
обращенная к пару, несколько меньше (для воды на 0,02-0,04оС), чем температура T сухого насыщенного пара над ней. Поэтому имеется разность парциальных давлений пара над пленкой конденсата и на удалении от нее в паровом пространстве, которая и является движущей силой процесса конденсации, так как она обеспечивает движение пара в сторону жидкой пленки.
При конденсации пара на поверхности жидкой пленки выделяется теплота парообразования, которая передается через нее к холодной поверхности и затем через твердую стенку к охлаждающей среде.
Сравнительный анализ показывает, что в указанной цепочке термических сопротивлений переносу тепла, выделившегося при конденсации пара, максимальным является термическое сопротивление пленки конденсата. Поэтому мы вправе записать следующую зависимость для расчета плотности теплового потока через пленку конденсата:
q (T TW ) f (T TW ) ,
(3.25) где
-
искомый коэффициент теплоотдачи при конденсации; |
TW |
- температура поверхности, на |
которой движется пленка конденсата; f – коэффициент теплопроводности конденсата; - толщина пленки конденсата в произвольном сечении.
На основании (3.25) получаем возможность рассчитать локальный (местный) коэффициент теплоотдачи в процессе конденсации по формуле
|
f |
, |
(3.26) |
|
|
||||
|
|
|
воспользоваться которой можно было бы при известной толщине пленки конденсата .
Таким образом, возникает вопрос о нахождении величины в каждом поперечном сечении стекающей пленки. Впервые эту задачу поставил и решил В. Нуссельт в следующих упрощающих предположениях:
1)пар у холодной поверхности тела неподвижен;
2)пар у холодной поверхности тела является сухим насыщенным;
3)пленка конденсата стекает под действием взаимно уравновешивающихся силы тяжести и силы вязкостного трения;
4)инерционные силы малы, и течение пленки является
ламинарным.
70. Критериальные зависимости для описания теплообмена при плѐночной конденсации паров
В этом случае под действием силы тяжести пленка стекает вниз и при этом утолщается.
При конденсации пара на поверхности жидкой пленки выделяется теплота парообразования, которая передается через нее к холодной поверхности и затем через твердую стенку к охлаждающей среде. для расчета плотности теплового потока через пленку конденсата:
|
|
|
|
|
q (T T |
) |
f |
(T T |
) |
W |
|
|
W |
|
|
|
|
|
где
- искомый коэффициент
теплоотдачи при конденсации;
TW
- температура поверхности, на которой движется
пленка конденсата; f – коэффициент теплопроводности конденсата; - толщина пленки конденсата в произвольном сечении. На основании (3.25) получаем возможность рассчитать локальный (местный) коэффициент теплоотдачи в процессе
|
|
|
|
конденсации по формуле |
f |
. Таким образом, возникает вопрос о нахождении |
|
|
|||
|
|
величины в каждом поперечном сечении стекающей пленки. Впервые эту задачу поставил и решил В. Нуссельт в следующих упрощающих предположениях:
5)пар у холодной поверхности тела неподвижен;
6)пар у холодной поверхности тела является сухим насыщенным;
7)пленка конденсата стекает под действием взаимно уравновешивающихся силы тяжести и силы вязкостного трения;
8)инерционные силы малы, и течение пленки является ламинарным.
71.Теплообмен при волнообразовании и при турбулизации течения плѐнки конденсата
При конденсации пара на горизонтальной цилиндрической трубе имеет место ламинарное течение пленки конденсата.
Для вертикально расположенных плиты или трубы их высота может оказаться достаточно большой и, начиная с некоторого сечения, пленка становится настолько толстой, что она теряет устойчивость и на ее поверхности появляются волны. При еще большей протяженности вертикальной плиты или трубы волновое течение пленки может перейти в турбулентное.
Периодическое ламинарно-волновое течение пленки начинается в таком ее поперечном сечении, для которого критерий Рейнольдса, «построенный» по средней скорости течения wср ( y) и толщине пленки ( y) , становится больше так называемого
волнового критерия Рейнольдса.
Переход течения пленки конденсата из ламинарно-волнового в турбулентное имеет место при Reволн Reкр
72.Влияние неконденсирующихся газов и факторов эксплуатации конденсаторов паровых турбин на теплообмен при конденсации
Как правило процесс конденсации происходит так: внутри горизонтально расположенных труб движется охлаждающая вода, а в межтрубном пространстве конденсируется пар, который расширился в турбине.
Однако в реальных условиях факторы влияющие на теплообмен это: во первых, конденсация происходит не в одной, а в пучке труб, и поэтому стекающий конденсат и утолщает пленку, и турбулизирует ее. Во вторых, пар поступает влажным на конденсацию, поэтому в паровое простр-во конд-ра вносится часть жидкости, выпадающей на его трубы. В третьих пар поступает с большими скоростями в межтрубное пр-во, и это возмущает пленку. В четвертых давление на выходе из паровой турбины низкое, а снаружи высокое, и воздух через неплотности подсасывается в паровое простр-во и давление там повышается.
73.Проблема Стефана . Впервые проблема плавления или затвердевания вещества была сформулирована австрийским физиком Стефаном. Для решения проблемы Стефана проводят эксперимент:жидкость, находящуюся в сосуде, некоторое время охлаждают, а затем открывают заслонку, установленную на его днище.
Если все содержимое из сосуда выливается, то это означает, что имеет место объемный процесс затвердевания. В противном случае, если выливается только центральная часть содержимого в сосуде, то имеет место процесс затвердевания с наличием границы раздела твердой и жидкой фаз. Математическую формулировку проблемы Стефана дадим на примере затвердевания однослойной первоначально жидкой пластины, на левой плоскости (х=0) которой отводится тепло, а правая плоскость (х= l0 ) теплоизолирована (рис. 3.11). К началу процесса замораживания
жидкости уже имеется твердая корочка толщиной 0 .
При решении проблемы Стефана нужно определить температурное состояние старой и новой фаз, а также местоположение границы их раздела х= ( ) во времени.
Математическую модель двухфазной однофронтовой проблемы Стефана содержит в себе: уравнения нестационарной теплопроводности для новой и старой фаз; описания начального распределения т-ры в них и задания начального значения толщины новой фазы; описание тепловых условий на границе раздела фаз. Граничных условий на левой плоскости, т. е. при х=0, и на правой плоскости, т.е. при х=l0 : граничные
условия второго рода в виде:
|
T |
|
(1) |
|
|
1 |
x |
|
,
q |
W1 |
, 0 |
x 0 |
|
|
|
T |
(2) |
|
|
|
|
|
|
2 |
x |
|
|
||
x l |
0, |
|
|
0 |
|
0
. Аналитическое решение проблемы
Стефана встречает математические трудности, и оно известно лишь для случая, когда имеет место плавление или затвердевание так называемого полупространства, т. е. когда l0 . При этом полагают, что к началу процесса отсутствует новая фаза
( ( 0) 0) , температура вначале везде равна T0 , на ограничивающей поверхности при х=0 задана температура
74. Влияние неконденсирующихся газов в газовой смеси на теплообмен при конденсации
Как правило процесс конденсации происходит так: внутри горизонтально расположенных труб движется охлаждающая вода, а в межтрубном пространстве конденсируется пар, который расширился в турбине.
Однако в реальных условиях факторы влияющие на теплообмен это: во первых, конденсация происходит не в одной, а в пучке труб, и поэтому стекающий конденсат и утолщает пленку, и турбулизирует ее. Во вторых, пар поступает влажным на конденсацию, поэтому в паровое простр-во конд-ра вносится часть жидкости, выпадающей на его трубы. В третьих пар поступает с большими скоростями в межтрубное пр-во, и это возмущает пленку. В четвертых давление на выходе из паровой турбины низкое, а снаружи высокое, и воздух через неплотности подсасывается в паровое простр-во и давление там повышается.
75.Основные элементы теории массопроводности. Гипотеза А. Фика: содержание, физический смысл, область применения.
К ним относятся: потенциал саммопроводности, после потенциала массопроводности, изопотенциальная пов-ть, изолиния, градиент потенциала массопроводности, поток в-ва и плотность потока в-ва. Когда т-ра и давление в каждой точке тела одинаковы, в кач-ве потенциала массопроводности служит концентрация в-ва С.
Основная задача теории концентрационной массопровдности является определение С в любой точке геометрической области, занимаемой телом в любой момент времени. А совокупность значений С в фиксированный момент времени – это поле конц-ий. Изопотенц. Пов-ть – это реальная или воображаемая пов-ть, в кажд. Точке которой в данный момент времени конц.в-ва одинакова. Если такие пов-ти пересекаются, они дают изолинии. Предел отношения дельтаС в расскояни. Дельта n, взятому по нормали к изопотен-ым линиям наз-ся градиентом конц-ии. Кол-во в-ва, проходищего чз всю площадь изопотенц. Пов-ти за время т наз-ся потоком в-ва М, а та его часть, кот. Проходит чз единицу площади за ед. времени – плотность потока в- ва m.
Фиком была выдвинута гипотеза о виде связи между вектором плотности
потока вещества диффундирующего i-го компонента mi с какого-либо места
изопотенциальной поверхности Сi = const и значением градиента концентрации gradСi в этом месте. Фик предположил, что имеется прямая пропорциональность
между
величинами
mi
и gradСi, т.е.
|
|
| m |~| grad C |
|
i |
i |
|
.
Учитывая разнонаправленность указанных в векторов, имеем также
|
|
|
m ~ gradC . |
|
|
i |
i |
|
Чтобы перейти в (1.1 ) от пропорции к равенству, Фик ввел коэффициент |
||
пропорциональности Dij и получил зависимость |
|
|
|
mi Dij gradCi , |
(1.2) |
|
|
|
представляющую собой математическую запись его гипотезы. Величина Dij, численно равная
|
|
|
|
D |
|
m |
, |
i |
|||
ij |
|
grad C |
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
(1.3)
называется коэффициентом взаимной диффузии i-го и j-го компонентов составляющих бинарную газовую смесь или образующих жидкий раствор.
гипотеза Фика была сформулирована для процессов массопроводности, определяемых лишь градиентом концентрации. Такие процессы протекают в бинарных и многокомпонентных газовых смесях, у которых бинарные коэффициенты диффузии всех пар компонентов веществ одинаковы, и в жидких растворах, когда в них отсутствует термо- и бародиффузия.
76.Гипотеза А. Фика. Граничные условия уравнения массопроводности: ГУ-I,ГУ-II,ГУ-III,ГУ-IV рода.
Фиком была выдвинута гипотеза о виде связи между вектором плотности
|
|
потока вещества диффундирующего i-го компонента mi |
с какого-либо места |
изопотенциальной поверхности Сi = const и значением градиента концентрации |
|
||||||||
gradСi в этом месте. Фик предположил, что имеется прямая пропорциональность |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
между величинами mi |
|
|
|
|
|
|
|||
и gradСi, т.е.| mi |~| gradCi |. |
|
|
|
||||||
|
Учитывая разнонаправленность |
указанных в |
векторов, имеем |
также |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m ~ gradC . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Чтобы перейти в (1.1 ) |
от пропорции к равенству, |
Фик ввел коэффициент |
||||||
пропорциональности |
D |
и |
получил |
|
D gradC , |
||||
зависимость m |
|||||||||
|
|
ij |
|
|
|
|
i |
ij |
i |
(1.2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
представляющую собой математическую запись его гипотезы. |
|
|
||||||
|
Величина Dij, численно равная |
|
(1.3) |
|
|
||||
|
m |
|
|
||||||
|
|
|
Dij |
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
||
|
|
|
grad C |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
называется коэффициентом взаимной диффузии i-го и j-го компонентов |
|
|||||||
составляющих бинарную газовую смесь или образующих жидкий раствор. |
|
|
|||||||
|
Величина D опред-ся экспериментально. Численное значение плотности потока |
||||||||
вещества m равно модулю (длине) вектора |
|
|
|
|
|||||
m и определяется по формуле |
|
|
|||||||
mm n
определяется по формуле
D grad C
|
0 |
n |
|
|
,
В итоге величина m
|
C |
C |
C |
|
|
|
|||
m D i |
|
j |
|
k |
i cos j cos k cos |
||||
|
|
x |
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
||
Если из физических соображений или в результате
проведенных измерений известна концентрация СW на поверхности Г тела, то мы располагаем граничными условиями первого рода в форме
C(M , ) CW (M , ) f1 (M , ), M , 0.ГУ-II. |
Если известна плотность потока вещества m |
||
на поверхности тела, то к уравнению нестационарной массопроводности |
|
||
присоединяют ГУ-II в форме m(M , ) f2 (M , ), M , 0. |
|
(1.21) |
|
С учетом (1.4) формула (1.21) принимает вид |
. |
|
|
0 |
f2 (M , ), M , 0 |
|
|
D gradC n |
|
|
|
Граничные условия третьего рода (ГУ-III) присоединяют к уравнению нестационарной массопроводности в том частном случае, когда тело омывается
потоком жидкости (газа), концентрация диффундирующего вещества в котором на удалении от тела известна и равна C f ,0 (рис.1.6).
При этом плотность потока вещества, передаваемого от движущейся среды к
поверхности тела, полагают пропорциональной разности концентраций |
СW – C f |
(концентрация диффундирующего вещества на поверхности СW неизвестна и сама подлежит определению):
,0
m mW ~ CW C f ,0 . |
(1.22) |
|
Чтобы перейти в (1.22) от пропорции к равенству, вводится коэффициент пропорциональности , называемый коэффициентом массоотдачи, так что имеем
m |
|
m |
W |
(C |
C |
f ,0 |
), 0. |
|
|
|
W |
|
|
|
|||
|
|
|
|
В формуле (1.22 ) считаются известными лишь величины C f ,0 |
и . |
|||
77.Основные понятия и числа подобия конвективного массобмена Числа подобия:
1) Безразмерный комплекс l0/ D , который содержит в себе искомый коэффициент массоотдачи , называется диффузионным числом Нуссельта и обозначается NuD (Nusselt). В англоязычной научной литературе принято указанный выше безразмерный комплекс называть числом Шервуда Sh , так что имеем
Nu |
|
Sh |
l |
0 |
|
|
|
|
|
|
D |
|
D |
|
|
|
|
|
.
Достаточным же условием для этого подобия при вынужденном движении является равенство критериев Рейнольдса и диффузионного Пекле, составленных для «натуры» и «модели», так что в этом случае справедлива связь
Sh NuD f (Re,PeD ) (Re,Re PrD ) (Re,PrD ) (Re,Sc).
2) Мера отношения потоков в-ва, переносимых механизмом конвекции и массопроводности: критерия Пекле PeD=wO*lO/D=Re*Pr=Re*Sc, где Pr=ню/D
78.Тройная аналогия между переносом тепла, вещества и количества движения
При безградиентном течении газа профили распределения скорости, температуры и концентрации вещества в потоке подобны друг другу и в безразмерном представлении попросту совпадают друг с другом. В этом смысле и говорят о существовании так называемой тройной аналогии между переносом количества движения, тепла и вещества в одном потоке.
Существование тройной аналогии означает, в частности, что в таком потоке можно заменить измерение скорости на измерение температуры или концентрации вещества и при известных масштабах приведения к безразмерному виду произвести соответствующий пересчет данных, полученных на модели, для их распространения на натурный объект.
Достаточным условием для отмеченного подобия является равенство единице критериев Прандтля и Шмидта
79.Обратные задачи теплопроводности, их особенности
Для нахождения начального распределения температуры и параметров
граничных условий (температура TW |
или плотность теплового потока |
qW |
на |
ограничивающих поверхностях тела, коэффициент теплоотдачи и температура |
T f ,0 |
||
омывающей тело жидкости или газа), теплофизических свойств материала тела (коэффициент теплопроводности , удельную теплоемкость с и плотность ) краевых задач теплопроводности удобным, а иногда и единственно возможным, способом оказывается использование решений так называемых обратных задач нестационарной теплопроводности (ОЗТ). В том случае, когда определению подлежат геометрическая область протекания исследуемого процесса и начальное распределение температуры, решают соответственно геометрическую и ретроспективную ОЗТ, а при определении свойств материала тела надлежит решить коэффициентную ОЗТ. Наиболее часто приходится, однако, решать так называемую граничную ОЗТ для нахождения перечисленных выше параметров граничных условий.
Особенность: в силу некорректности ОЗТ даже незначительные погрешности исходных данных могут приводить к большим погрешностям идентифицируемых параметров. Для получения устойчивых решений граничных ОЗТ применяется сглаживание исходной информации, что правомерно не для любого физического процесса, поскольку эта операция может повлечь искажение исходной информации, а следовательно, уменьшить достоверность получаемых из решения результатов. Однако такое ―теплофизическое сглаживание‖ вполне приемлемо.
80.Теплообмен в разряжѐнных газах
При обтекании тела разреженным газом возникают специфические явления, вызванные, например, тем, что длина свободного пробега lм молекул может оказаться больше, чем характерный размер тела l0. При этом молекулы могут скользить вдоль поверхности, не прилипая к ней, и их температура будет отличаться от температуры обтекаемой поверхности тела. Обтекание, при котором наблюдаются указанные эффекты, соответствует режиму скользящего потока. В условиях очень больших разрежений, когда lм намного больше, чем l0, соударения молекул газа с телом происходят значительно чаще, чем между собой, и такая ситуация соответствует режиму свободно-молекулярного потока. Область определения различных режимов течения газа и интенсивности переноса тепла в них, как это можно показать методами теории подобия, зависит от величины критерия Кнудсена, вычисляемого как Kn lм .
l0
81.Теплообмен при больших дозвуковых скоростях газа
При больших же дозвуковых скоростях обтекания тела неразреженным газом величина М достаточно большая и приходится поэтому учитывать влияние указанных факторов на теплообмен. При таких скоростях возникает эффект саморазогрева тел, который может быть настолько большим, что, например, метеоритная пыль, влетающая из космоса в атмосферу Земли, из-за торможения газа на ее поверхности очень сильно разогревается и сгорает.
Если твердое тело длительное время обтекается высокоскоростным потоком газа, то на его поверхности устанавливается постоянная температура, называемая собственной температурой поверхности тела Tсоб . Понятно, что для лобовой точки
тела эта температура совпадает с температурой торможения потока T *
При больших дозвуковых скоростях газа в качестве движущей силы принимают разность температур TW Tсоб и при известной плотности теплового потока qW
коэффициент теплоотдачи
82.Способы интенсификации конвективного теплообмена
Для создания компактных конструкций возникает необходимость уменьшить величину площади F. Одним из подходов для достижения этой цели является увеличение коэффициента теплоотдачи или коэффициента массоотдачи , что и называется интенсификацией конвективного тепломассообмена.
1)Увеличения значений и , прежде всего, можно достигнуть за счет роста уровня турбулентности движущейся среды при увеличении критерия Рейнольдса Re,
равного |
Re |
w0l0 |
|
w0l0 . |
(4.23) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Увеличения числа Рейнольдса Re можно достичь следующими путями:
а) увеличением плотности , если движущаяся среда является газом и есть возможность ее сжимать;
б) увеличением характерной скорости w0 ;
в) уменьшением вязкости жидкости 2) способ интенсификации теплоотдачи в каналах с кольцевой накаткой. При
этом на наружной поверхности трубы образуются периодически расположенные кольцевые канавки, а на внутренней – кольцевые выступы с плавным профилем
3)Известны методы интенсификации конвективного теплообмена наложением электромагнитных колебаний на чувствительные к ним жидкости (акад. М.К. Болога) и внесением акустических колебаний в движущуюся среду
83.Оребрение теплообменных поверхностей
При необходимости отвода значительного теплового потока Q при отсутствии реальной возможности изменить температурные уровни теплообменной поверхности TW и омывающей еѐ жидкости T f ,0 исп. Два подхода:
1.Увеличение площади теплообменной поверхности F.
2.Увеличение коэффициента теплоотдачи
Увеличение теплообменной поверхности достигается размещением на основной (несущей) поверхности ребристых элементов различной конфигурации: прямолинейные ребра , круглые ребра , ребра в виде листов металла итд.
Тепловой поток Q , отводимый от оребренной поверхности потоком жидкости (газа), определяется как
Q(TW Tf ,0 )Fop
врасчетной практике пользуются не формулой (4.15), а следующей ее модификацией:
Q (T |
T |
f ,0 |
)F |
E |
op |
W H |
|
op |
|
Коэффициент эффективности оребренной поверхности вычисляется по формуле
Eop Ep 1 Ep
84.Основные требования, предъявляемые к теплообменным аппаратам
При этом известна конструкция теплообменника и следует выяснить, обеспечивает ли он требуемую при его использовании теплопроизводительность.
В качестве исходной информации для расчета располагаем величинами
расходов теплоносителей М1 |
и М2, значениями температуры одной из движущихся |
||||||
|
|
|
|
второй среды |
|||
сред на входе в аппарат Tf |
1 |
и на выходе из него Tf |
1 |
, температуры Tf |
2 |
||
|
|
|
|
|
|||
на входе в аппарат и их теплофизическими свойствами, длиной одной трубки l и их количеством N кожухотрубчатого теплообменника, площадью теплообменной
поверхности |
F1 |
одной пластины |
и |
их |
количеством N в |
пластинчатом |
|
теплообменнике, |
площадями |
f1 |
и |
f2 |
поперечных сечений |
для прохода |
|
теплоносителей и направлением их взаимного тока.
Производится тепловой расчет. Полученные в результате такого расчета величины Lр или Fр сравнивают с их действительными значениями L или F в имеющемся теплообменнике. Если оказывается, что расчетные величины Lр или Fр меньше, чем действительные L или F, то поступивший теплообменный аппарат пригоден для использования. В противном случае надо выбрать другой теплообменник.
85.Классификация теплообменных аппаратов
Теплообменный аппарат – это техническое устройство, в котором движущиеся, кипящие или конденсирующиеся среды обмениваются теплом друг с другом.
1) Теплообменники классифицируются по нескольким признакам.
Прежде всего, по роду теплообменивающихся сред они делятся на жидкостножидкостные, газо(паро)-жидкостные и газо(паро)-газовые аппараты.
2) Теплообменные аппараты разделяются также на рекуперативные и регенеративные по характеру протекания в них обменных процессов.
В рекуперативных теплообменниках движущиеся, кипящие или конденсирующиеся среды отделены друг от друга Регенеративные теплообменники работают периодически таким образом, что содержащаяся в их объеме насадка или набивка, представляющая собой металлические или керамические кольца, мотки проволоки, и т.д., некоторое время омываются, например, горячей жидкостью или газом, после чего аккумулированное в них тепло отдается нагреваемой среде.
По направлению
86.Уравнения, лежащие в основе расчѐта теплообменных аппаратов
В качестве исходной информации для расчета располагаем величинами
расходов теплоносителей М1 и М2, значениями температуры одной из движущихся |
|||
сред на входе в аппарат T |
и на выходе из него T |
, температурой T |
второй среды |
f1 |
f1 |
f 2 |
|
на входе в аппарат и теплофизическими свойствами теплоносителей.
Коэффициенты теплопередачи kl и k определяются для цилиндрической трубы и плоской стенки соответственно по формулам (4,54) Выбор материала теплообменного элемента, а тем самым его коэффициента теплопроводности , определяется назначением аппарата и в зависимости от химической активности теплообменивающихся сред, а наружный d2 и внутренний d1 диаметры трубок и толщина пластин выбираются из соображений прочности.
Если задаться длиной l теплообменного элемента – трубки, то их количество в кожухотрубном аппарате равно
N
L / l
,
При расчете пластинчатого теплообменника задаются габаритами одной пластины и при ее поверхности F1 имеем и количество пластин таковым:
N F / F1 .
86. Принципы теплового расчета теплообменника.
Задача теплового расчета - определение необходимой площади поверхности теплообмена.
В качестве исходной информации для расчета располагаем величинами
расходов теплоносителей М1 и М2, значениями температуры одной из движущихся |
||||||
|
|
|
второй среды |
|||
сред на входе в аппарат Tf |
1 |
и на выходе из него Tf |
1 |
, температурой Tf |
2 |
|
|
|
|
|
|||
на входе в аппарат и теплофизическими свойствами теплоносителей. |
|
|
||||
Тепловая нагрузка передается от одной движущейся среды к другой и может |
||||||
быть вычислена по ф-лам: |
|
|
|
|
|
|
Q kF Tлог и Q kl L Tлог , |
|
|
|
|
||
Отсюда вычисляются величины L и F, где k и k1 – это линейные коэф-ты теплопередачи. Их можно опред-ть по ф-лам:
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
l |
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
d |
|
|
|
1 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ln |
2 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
1 |
d |
1 |
|
2 |
|
d |
1 |
|
|
2 |
d |
2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
k |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
87.Определение среднего температурного напора
Определение температурного напора в прямоточном теплообменнике. Для его определения необходимо рассчитать модуль элементарного кол-ва теплоты и модуль всего кол-ва теплоты отданного первым теплоносителем и воспринятого вторым.
После этого получаем кол-во тепла, переданного от первого теплоносителя ко
второму чз всю площадь: Q =
kF Tлог
отсюда
T |
|
|
Q |
|
лог |
kF |
|||
|
|
|||
|
|
|
Или,
T |
|
|
T |
f max |
T |
f min |
|
||
|
|
|
|
|
|||||
лог |
|
|
T |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
ln |
|
|
f max |
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
f min |
|
|
Последняя формула верна и для |
противотока. Таким образом, применение |
||||||||
противотока приводит к меньшим значениям площади теплообменной поверхности F, необходимой для передачи количества тепла Q, и, следовательно, к меньшим размерам теплообменного аппарата.