2870

УДК 662.99

Дыскин, Л.М. Расчет теплообменных аппаратов систем утилизации теплоты [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / Л.М. Дыскин, М.С. Морозов; Нижегор. гос. архитектур.- строит. ун-т. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 11 с. – 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

Ключевые слова: теплоэнергетика, регенеративный теплообменный аппарат, коэффициент теплопередачи.

В пособии приводятся основы теплового расчета регенеративных теплообменных аппаратов, а также коэффициента теплопередаче их основных конструктивных элементов.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Теплофизика аппаратов утилизации теплоты» по направлению подготовки 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника, профиль Тепломассообменные процессы и установки.

© Л.М. Дыскин, М.С. Морозов, 2016 © ННГАСУ, 2016

3

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ РЕГЕНЕРАТИВНЫХ

ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Поверхность регенеративных теплообменников попеременно омывается то первичным («горячим»), то вторичным («холодным») теплоносителем. Сле-

довательно, поверхность теплообмена таких теплообменников попеременно яв-

ляется тепловоспринимающей и теплоотдающей. Время, за которое происходит нагревание насадки и охлаждение первичного теплоносителя 1, называется периодом нагрева, а время, за которое происходит охлаждение насадки н нагре-

вание вторичного теплоносителя 2 , называется периодом охлаждения. Время,

за которое происходят нагрев и охлаждение насадки, называют полным циклом или периодом [1].

Обозначим время полного цикла через пер:

(1)

В общем случае период нагревания и охлаждения может быть различной продолжительности. В отличие от рекуператоров регенераторы работают в ус-

ловиях нестационарного теплового процесса, т. е. происходит изменение во времени как температуры стенки в период нагревания и охлаждения, так и тем-

пературы теплоносителей. В этом одна из трудностей создания теории тепло-

вых расчетов регенераторов. В настоящее время для практических расчетов ис-

пользуют различные приближенные методы.

Особенности расчета заключаются в том, что все расчеты приходится вести по средним характеристикам за период (цикл). Тепловой поток относится не к единице времени, а берется за период. Следовательно, Q – количество теп-

ла, переданное в период первичного или вторичного теплоносителя на единицу поверхности за период, Дж/(м2∙период).

В основу теплового расчета положены те же уравнения, что и при расчете рекуператоров. Уравнение теплового баланса практически не отличается от уравнения для рекуператоров, а уравнение теплопередачи имеет вид:

на все трудности расчета концентрируются на вычислении коэффициента теп-

лопередачи.

2. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

При расчете коэффициента теплопередачи будем следовать методике, из-

ложенной в работе [2]. Количество тепла, которое будет передаваться к едини-

це поверхности в период нагревания насадки, Дж/(м2∙период),

где 1 – суммарный коэффициент теплоотдачи за период нагревания;

1 – продолжительность периода нагревания;

t1 – средняя температура первичного теплоносителя в данном сечении за пери-

од нагревания;

tc1 – средняя температура поверхности в данном сечении за период нагревания.

Количество теплоты, которая будет передаваться к «холостому» (вторич-

ному) теплоносителю за период охлаждения,

где 2 – суммарный коэффициент теплоотдачи за период охлаждения;

tc2 – средняя температура поверхности в данном сечении за периодохлаждения; t2 – средняя температура вторичного теплоносителя за период охлаждения;

2 – продолжительность периода охлаждения.

5

При установившемся состоянии (цикличности) в отсутствие внешних по-

терь количества теплоты, передаваемой в период нагревания и отдаваемой вто-

ричному теплоносителю в период охлаждения, должны быть одинаковыми. На этом основании можно написать:

Приравняв выражения (2) и (3) и подставив в полученное равенство tc1 из

(7), получим:

1 1 2 2

здесь kп измеряется в Дж/(м2∙К∙период).

Если принять, что продолжительность периодов нагрева и охлаждения равна единице и предположить, что разность температур поверхностей

tc1 tc2= tc 0, то из уравнения (8) получим:

Полученное выражение аналогично уравнению коэффициента теплопере-

дачи для рекуператора. Поэтому в рассмотренном случае формулы для расчета средних за период температур и теплопередачи в рекуператорах справедливы и для регенеративных теплообменников.

8

величина v – только функцией параметров 2 1 1 и . c

В указанных безразмерных параметрах:

1 – коэффициент теплоотдачи в период нагревания;

1 – продолжительность периода нагревания;

с– удельная теплоемкость;

– толщина насадки;

Зависимости (16) и (17) представлены на рис. 1 и рис. 2 в виде семейства кривых.

Следовательно, на основании изложенной методики по уравнениям (11), (12)

и (13)можно вычислить коэффициенттеплопередачи для любого регенератора.

9

Дальнейший расчет регенераторов производится по формулам, аналогич-

ным используемым для рекуперативных теплообменных аппаратов [1].

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1.Укажите особенности расчета регенеративных теплообменных аппаратов?

2.Напишите уравнение теплового баланса регенераторов.

3.Методика расчета коэффициента теплопередаче регенеративного теп-

лообменника.

4. Что такое «идеальный регенератор»?