9) Промышленные способы передачи теплоты
.pdf
4.2.2.2. Регенеративные теплообменники
Для повышения эффективности теплотехнических систем, работающих в широком диапазоне температур, используются регенеративные теплообменники. Аккумуляция теплоты происходит в слое насадки. Слой насадки периодически омывается потоками горячего и холодного теплоносителя.
I – горячий теплоноситель,
II – холодный теплоноситель.
Переключение регенераторов производится автоматическими клапанами. Каждый цикл состоит из двух периодов: разогрева насадки и ее охлаждения.
II 
I
насадка
II 
I
Рис.4.27. Регенератор с неподвижной насадкой.
Регенерирующиеся вращающиеся подогреватели (рис. 4.28) применяются для подогрева воздуха дымовыми газами из котлов ( 3 n 6 миноб ).
Преимущество этих подогревателей - процесс непрерывный (постоянная температура нагретого воздуха), недостаток - расход энергии на вращение.
Регенератор с падающей насадкой работает в непрерывном режиме (рис. 4.29). Во всех регенеративных аппаратах возможно использование специальных
гранул. При нагревании покрытия ядро гранулы начинает плавиться. Гранула имеет дополнительное тепло, равное скрытой теплоте плавления материала ядра. При охлаждении гранул все тепло отдается, происходит затвердевание ядра.
II |
I |
|
насадка |
камера |
|
|
нагрева |
|
горячие |
газы |
|
газы |
|
|
холодный |
|
|
воздух |
|
ядро |
камера |
|
4.2.2.3. Смесительные теплообменники (СТО) |
||
В СТО передача тепло от одного теплоносителя к другому происходит при их |
||
непосредственном соприкосновении или смешении, следовательно, термическое |
||
сопротивление стенки (разделяющей теплоносители) отсутствует. |
||
Наиболее часто СТО применяют для конденсации паров, нагревания и охла- |
||
дения воды и паров. По принципу устройства СТО подразделяют на |
||
барботажные, полочные, насадочные и полые (с разбрызгиванием жидкости). |
||
|
|
воздух |
жидк. |
|
|
нагретая |
|
вода |
жидкость |
|
|
пар |
|
|
а) |
б) |
|
|
|
пар |
|
|
вода + конденсат |
неконденсир.газы |
|
|
вода |
К вакуум- |
|
|
воздух |
|
|
насосу |
|
|
|
|
|
ловушка |
|
|
|
вода |
|
|
форсунки |
|
|
вода |
|
|
вода |
4.2.3. Методика расчета теплообменника
Под расчетом понимают определение основных размеров аппарата и характеристик процесса.
Расчет теплообмена производится в следующей последовательности: - выбор конструкции ТО,
-тепловой расчет ТО,
-гидравлический ТО,
-технико-экономический расчет ТО,
-анализ полученных результатов и выбор оптимального варианта.
Выбор конструкции ТО производят на основе технического задания на проектирование, которое включает расход, начальную и конечную температуры, давление теплоносителей, возможные ограничения по потерям давления в ТО.
Предположим, выбрали рекуперативный кожухотрубчатый ТО.
4.2.3.1. Тепловой расчет ТО
Различают проектный и поверочный расчеты теплообменников.
Цель проектного расчета – определение необходимой площади F и режима работы теплообменника для обеспечения заданного переноса теплоты от одного теплоносителя к другому.
Цель поверочного расчета – определение количества передаваемой теплоты и конечных температур теплоносителей в данном теплообменнике с заданной площадью F при заданных условиях его работы.
Основы расчетов: уравнения теплопередачи и тепловых балансов.
Проектный расчет теплообменников
Задано: расход, Т к ,Т н одного из теплоносителей, Т н другого теплоносителя.
Расход тепла Q определяется по основному уравнению теплопередачи:
|
|
|
|
|
|
Q K F Tср |
(4.84) |
тепловой баланс можно записать следующим образом: |
|
||
|
|
|
|
Q L1 (H1 H1 ) L2 (H2 2 ) |
(4.85) |
||
Здесь 
1,2 -расходы теплоносителей; Н1н , Н1к начальная и конечная энтальпии более нагретого теплоносителя; Н 2к , Н 2н конечная и начальная энтальпии менее нагретого теплоносителя.
В уравнение (4.85) два неизвестных 
2 и Н2к. Необходимо задаваться одной из величин. Задаемся Н2к. Тогда из(4.85) определяется 
2.
Если теплоносители не меняют своего агрегатного состояния, то:
НС Т
С– теплоемкость теплоносителя при Т ср .
Температура Т ср находится как среднеарифметическое:
Ticp 0.5(Ti Ti ) |
(i 1,2) |
Среднюю движущую силу Tcp определяют как среднелогарифмическую:Т Т
Т ср б T м (4.86)
б
ln( Тм )
Формула справедлива для модели идеального вытеснения.
Если один из теплоносителей меняет фазовое состояние, например, происходит конденсация пара, тогда имеем:
|
|
|
Q L1(H Ï |
H K ) L2 (H2K H1H ) |
|
(4.87)
Здесь НП , НК – энтальпии пара и конденсата соответственно.
|
Т |
|
|
|
Тб |
|
Т м |
||
Т |
к |
|||
Т |
н |
|||
|
|
Тм |
||
|
|
F |
|
|
T |
Т |
|
|
|
Т б |
F |
F |
прямоток |
противоток |
противоток при |
|
конденсации пара |
|||
|
|
||
|
Рис.4.31. К определению Тср |
|
Если Тб ~ Т м , то Т ср |
Т б |
Т м |
. |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
В аппаратах с противотоком |
Т ср больше, чем в аппаратах с прямотоком. |
|
||||||||
Определение коэффициента теплопередачи K: |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
( ) |
1 |
|
(4.88) |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
К |
1 |
1 |
2 |
|
|||
Значение К (приближенное) можно брать из справочников, или же определить (приближенно) по критериальным уравнениям типа Nu f (...) .
По известным Q, Т ср , K определяют предварительное значение Fср.
|
Поверочный расчет |
|
Расчет тепловой нагрузки |
||
теплообменника |
||
|
||
|
Расчет теплового баланса |
|
Проверочный |
расчет |
теплообменника |
|
|
|
||||
|
|
||||
Определение Тср |
|
проводят |
после |
выбора |
конструкции |
|
теплообменника |
(нормализованного). |
|||
|
|
||||
|
|
||||
|
|
Производят |
уточненный расчет i , K, Fрасч . |
||
Приближенная оценка αi , K , Fср |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Далее сопоставление Fрасч и Fнорм , если |
|||
Выбор нормального варианта |
|
Fнорм Fрасч расчет прекращают. |
Если Fнорм<Fрасч |
||
конструкции Fнорм. |
|
||||
|
необходимо брать ТО большей площадью и все |
||||
|
|
||||
|
|
повторить. |
|
|
|
Уточненный расчет αi , K , Fср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сопоставление Fрасч. , Fнорм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|