9.1.2.2. Виды проектного теплового расчёта теплообменников. Особенности

их исходных данных.

Ниже рассмотрены основные виды проектного теплового расчёта теплообменников (ПТР ТО) с различными сложными схемами тока сред. Как пример взяты теплообменники, состоящие из любых элементарных схем тока сред (элементов), любых рядов и регулярных комплексов элементов. Этот пример охватывает подавляющее число случаев, встречающихся в проектной практике.

Вид 1 ИПТР ТО.

Исходные данные: число элементов n_эр или пар элементов n_пр в ряде, число рядов n_рк, пар элементов n_пк или элементов n_эк в комплексе.

Не известны: Требуемые площадь теплопередающей поверхности элемента F_эт, пары F_пт, ряда F_рт и комплекса F_кт.

Цель расчёта. Метод предназначен для единообразного и простого расчёта неизвестных F_эт, F_пт, F_рт, F_кт при любой схеме тока сред в теплообменнике.

О собенности расчёта. Схема расчёта показана на рис. 9.1.

На первом этапе расчета ищется требуемое значение эффективности теплопередачи Е_то =f(КТТО) всего теплообменника (ТО) по формуле

. (9.6)

Отметим, что в зависимости от схемы тока сред в теплообменнике Е_то физически представляет собой эффективность теплопередачи комплекса (Е_к = f(КТК)), или ряда (Е_р = f(КТР)), или пары (Е_п = f(КТП)), или элемента (Е_э = f(КТЭ)).

Тепловой расчёт теплообменника начинается с высшего из этих уровней, для которого известен (задан) набор конечных температур КТТО=(t_он ,t_вн t_ок ,t_вк)_то. Именно эти температуры необходимо обеспечить путем корректного расчета требуемой площади теплопередающей поверхности ТО. Далее по уравнениям связи типа

Е_к ↔ Е_р, Е_к ↔ Е_п, Е_к ↔ Е_э, Е_р ↔ Е_п, Е_р ↔ Е_э, Е_п ↔Е_э (они будут рассмотрены далее) определяется требуемое значение эффективности теплообменного объекта следующего, более низкого уровня иерархии. Процедура продолжается вплоть до определения требуемого значения функции эффективности элемента Е_э=f{ (Е_к, (Е_р, Е_п), СТ_к(СТ_р, СТ_п)} или Е_э =f(КТЭ).

На втором этапе расчета определяется значение требуемой площади теплопередающей поверхности элемента

. (9.7)

Здесь отношение «водяных эквивалентов» в элементе

= , (9.8)

безразмерный комплекс, учитывающий специфику схемы тока сред в элементе,

, (9.9)

(А_Э – 1) ≤ z_Э ≤ (А_Э + 1).

После нахождения F_эт далее определяются значения требуемой площади теплопередающей поверхности пар элементов F_пт=2F_эт , (9.10)

рядов элементов или пар элементов F_рт=n_эрF_эт, F_рт=n_прF_пт, (9.11)

комплексов, состоящих из рядов элементов, пар элементов или элементов

F_кт=n_ркF_рт, F_кт=n_пкF_пт, F_кт=n_экF_эт. (9.12)

Вид 2 ИПТР ТО.

Исходные данные: площадь теплопередающей поверхности элемента F_э, число рядов в комплексе n_рк.

Не известны: Требуемые число элементов в ряде n_эрт и в комплексе n_экт, соответственно, требуемые площадь теплопередающей поверхности ряда F_рт и комплекса F_кт.

Ц ель расчёта. Метод предназначен для единообразного и простого расчёта неизвестных n_эрт, n_экт, F_рт, F_кт при любой схеме тока сред в теплообменнике.

Особенности расчёта. Схема расчёта показана на рис. 9.2.

Здесь по аналогии с предыдущим расчётом (см. рис. 9.1) вначале по формуле (9.6) ищется требуемое значение эффективности теплопередачи комплекса Е_к=f(КТК) либо ряда Е_р=f(КТР) (при n_рк=1, то есть для случая, когда комплекс вырождается в ряд). При n_рк>1 значение ряда находится из уравнения связи Е_р=f(Е_к,СТ_к, n_рк).

Далее в соответствии с ² стр. 113–114 находится эффективность теплопередающей поверхности элемента

(9.13),

где значения А_э и z_Э определяются по (9.8) и (9.9), а число единиц переноса теплоты в элементе

. (9.14)

Затем по уравнениям связи типа n_эр=f(Е_р, Е_э, СТ_р), которые будут описаны позже, находится требуемое число элементов в ряде n_эрт, а с его помощью – требуемое число элементов в комплексе n_экт=n_эртn_рк, (9.15)

требуемые поверхности рядов элементов F_рт=n_эртF_э (9.16)

и комплексов F_кт=n_ркF_рт. (9.17)

Вид 3 ИПТР ТО.

Исходные данные: площадь теплопередающей поверхности элемента F_э, число элементов в ряде n_эр.

Не известны: Требуемые число рядов в комплексе n_ркт, число элементов в комплексе n_экт, требуемые площадь теплопередающей поверхности ряда F_рт и комплекса F_кт.

Цель расчёта. Метод предназначен для единообразного и простого расчёта неизвестных n_рк, n_экт, F_рт, F_кт при любой схеме тока сред в теплообменнике.

Особенности расчёта. Схема расчёта показана на рис. 3.

В отличие от предыдущего вида расчёта (см. рис. 9.2) здесь вначале по формуле (9.13) находится эффективность теплопередающей поверхности элемента Е_э, а с её помощью – эффективность теплопередающей поверхности ряда Е_р по уравнению связи типа

Е_р=f(Е_э, СТ_р, n_эр), обратному уравнению n_эр=f(Е_р, Е_э, СТ_р), применённому в предыдущем расчёте. Как и в предыдущем расчёте, эффективность комплекса рассчитывается по формуле (9.6). Затем по уравнению связи типа n_ркт=f(Е_р,Е_к,СТ_к) находится требуемое число рядов в комплексе.

Далее по аналогии с предыдущим расчётом рассчитываются требуемое число элементов в комплексе

n_экт=n_эрn_ркт, (9.18)

требуемые поверхности рядов элементов

F_рт=n_эрF_э (9.19)

и комплексов F_кт=n_рктF_рт. (9.20)