21.Основные уравнения для расчётов параметров в рекуператорах. Разновидности расчётов

• Основными уравнениями для расчета теплообменников являются:

• уравнение массового расхода теплоносителей

• уравнение теплового баланса

• уравнение теплопередачи

Уравнение массового расхода теплоносителя основывается на законе сохранения и изменения массы теплоносителя в теплообменнике:

Уравнение теплового баланса

При отсутствии тепловых потерь:

1-горячий; 2-холодный

Уравнение теплопередачи

K- средний коэффициент теплопередачи

Существуют два вида теплотехнических расчетов теплообменных аппаратов: конструкторский (проектный) и поверочный.

Конструкторский расчет производится при проектировании теплообменного аппарата, когда заданы расходы теплоносителей и их параметры. Цель конструкторского расчета определение поверхности теплообмена и конструктивных размеров выбранного аппарата.

Поверочный расчет выполняется для выявления возможности использования имеющихся или стандартных теплообменных аппаратов для тех технологических процессов, в которых используется данный аппарат. При поверочном расчете заданы размеры аппарата и условия его работы, а неизвестной величиной является производительность теплообменного аппарата (фактическая). Поверочный расчет производят для оценки работы аппарата при режимах, отличных от номинальных. Таким. образом, целью поверочного расчета является выбор условий, обеспечивающих оптимальный режим работы аппарата.

Конструкторский расчет состоит из теплового (теплотехнического), гидравлического и механического расчетов.

22. Схемы движения теплоносителей. Цель конструкторского и поверочного расчетов.

Противоток. В противоточном теплообменнике два теплоносителя движутся параллельно друг другу, но в противоположных направлениях. Этот тип течения схематически представлен на рис. 1

Параллельное однонаправленное течение. В теплообменниках этого типа два теплоносителя движутся также параллельно друг другу, но в одном и том же направлении. Схематически такой теплообменник изображен на рис. 2. При значительном изменении температуры теплоносителей располагаемая разность температур в таком теплообменнике используется плохо. В этом случае, если эффективность передачи теплоты является определяющим параметром при проектировании, такого типа теплообменники не применяют.

Перекрестный ток. В теплообменнике с перекрестным током два теплоносителя движутся под прямым углом друг к другу. Например, первый поток может течь внутри труб, собранных в пучок, тогда как второй поток может двигаться в пространстве между трубами в направлении, в целом перпендикулярном оси этих труб. Схематически теплообменники с перекрестным током теплоносителей обычно изображают так, как это показано на рис. 3. По своей эффективности они занимают промежуточное положение между теплообменниками с параллельным однонаправленным движением теплоносителей и противоточным теплообменником. Если же исходить из практических соображений, связанных с подачей теплоносителей к поверхностям теплообмена, то такой теплообменник сконструировать проще, чем указанные выше типы аппаратов.

Перекрестный ток с противотоком. В некоторых случаях конфигурация течения теплоносителей в реальных теплообменниках приблизительно соответствует идеализированным схемам, приведенным на рис. 4. Эти схемы классифицируются как перекрестный ток с противотоком. Теплообменники со смешанным течением теплоносителей (перекрестный ток с противотоком) можно рассматривать как компромиссный вариант между требованием высокой эффективности аппарата и простотой конструкции. Чем больше число ходов в таком теплообменнике, тем ближе они по экономичности к противоточному варианту.

Рис. 4. Схема теплообменников со смешанным движением теплоносителей (перекрестный ток с противотоком), показаны двух-, трех- и четырехходовые теплообменники. Возможное число ходов, естественно, не ограничено.

Многоходовое течение в межтрубном пространстве и трубах. В пределах одного теплообменника можно осуществить комбинацию некоторых характерных черт, свойственных теплообменникам с однонаправленным движением теплоносителей и противоточным теплообменникам. Это достигается поворотом труб внутри единого корпуса. Такие повороты можно осуществлять многократно. Аналогичный эффект может быть достигнут и при наличии прямых труб, если соответствующим образом организовать коллекторы: U-образные трубы, или серпантин, обеспечивают более простую конструкцию аппарата, поскольку отверстия для прохода труб в этом случае нужно выполнять не с двух, а с одной стороны кожуха. Примеры идеализированных конфигураций этого типа показаны на рис. 5. Здесь приведены схемы с объединением нескольких кожухов. Безусловно, здесь невозможно описать все возможные варианты, с которыми можно встретиться на практике.

Рис. 5. Схема движения теплоносителей в многоходовых кожухотрубных теплообменниках

Существуют два вида теплотехнических расчетов теплообменных аппаратов: конструкторский (проектный) и поверочный.

Конструкторский расчет производится при проектировании теплообменного аппарата, когда заданы расходы теплоносителей и их параметры. Цель конструкторского расчета определение поверхности теплообмена и конструктивных размеров выбранного аппарата.

Поверочный расчет выполняется для выявления возможности использования имеющихся или стандартных теплообменных аппаратов для тех технологических процессов, в которых используется данный аппарат. При поверочном расчете заданы размеры аппарата и условия его работы, а неизвестной величиной является производительность теплообменного аппарата (фактическая). Поверочный расчет производят для оценки работы аппарата при режимах, отличных от номинальных. Таким, образом, целью поверочного расчета является выбор условий, обеспечивающих оптимальный режим работы аппарата.

Конструкторский расчет состоит из теплового (теплотехнического), гидравлического и механического расчетов.