10. Основы теплового расчета теплообменников

Теплообменным аппаратом называют устройство, в котором одна жидкость — горячая среда, передает теплоту другой жидкости - холодной среде.

По принципу работы теплообменники делят на регенеративные, смесительные и рекуперативные.

В регенеративных аппаратах горячий теплоноситель отдает свою теплоту аккумулирующему устройству, которое в свою очередь периодически отдает теплоту второй жидкости - холодному теплоносителю, т. е. одна и та же поверхность нагрева омывается то горячей, то холодной жидкостью.

В смесительных аппаратах передача теплоты от горячей к холодной жидкости происходит при непосредственном смешении обеих жидкостей.

Особенно широкое развитие получили рекуперативные аппараты, в которых теплота от горячей к холодной жидкости передается через разделительную стенку.

Рис. 10.1. Схема простейшего кожухотрубчатого рекуперативного теплообменника для передачи теплоты от одного теплоносителя (/) к другому (//)

Целью теплового расчета является определение поверхности теплообмена и конечных температур рабочих жидкостей. Основными расчетными уравнениями теплообмена при стационарном режиме являются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса.

Различают схемы движения теплоносителя в теплообменном аппарате: противоток и прямоток.

Рис. 10.2. Противоточная и прямоточная схемы движения теплоносителя:

а – противоток; б – прямоток.

а) б)

При конструктивном расчете теплообменника известны начальные и конечные параметры теплоносителей и необходимо рассчитать поверхность теплообменника, т. е. фактически сконструировать теплообменник.

При поверочном расчете известна конструкция теплообменника, т. е. задана площадь поверхности теплообмена F', кроме того, заданы начальные параметры теплоносителей. Необходимо рассчитать конечные параметры, т. е. проверить пригодность данного теплообменника для какого-то технологического процесса.

Вопросы тестов

1.Теплообменным аппаратом называется устройство, предназначенное для нагревания, охлаждения или изменения агрегатного состояния теплоносителя.

2. Теплообменник, поверхности нагрева которого периодически нагреваются горячим теплоносителем, а затем охлаждаются нагреваемым теплоносителем, называется регенеративным.

3.Теплообменник, в котором теплота непрерывно передается от более нагретого теплоносителя к менее нагретому через разделительную их стенку, называется рекуперативным.

4.Общим уравнением при расчете теплообменника любого типа является уравнение теплового баланса.

5.Поверхность, необходимая для передачи теплового потока Q от горячего теплоносителя к холодному, определяется из уравнения теплопередачи Q = k·F·.

6.Определение поверхности теплообменника является целью конструктивного теплового расчета.

7.Цель поверочного расчета теплообменника состоит в определении конечных параметров теплоносителей.

Решение: Рассчитать конечные параметры теплоносителей имеет целью поверочный расчет теплообменника.

8.Теплообменник для подогрева воды паром при ее термической деаэрации (удаления растворенных газов) является смесительным.

9.Средний температурный напор является наибольшим при противоточной схеме движения теплоносителей.

10.Размерностью теплового потока в уравнении теплового баланса рекуперативного теплообменника является кВт.

11.Наибольшая разность температур для противоточной схемы движения теплоносителей, соответствующей одному из представленных графиков, равна 20 °С.

Решение: Противоточная схема движения теплоносителей соответствует рисунку а. Наибольшая разность температур равна ∆t = 90 - 70 = 20

а) б)

12.Наименьшая разность температур для противоточной схемы движения теплоносителей, соответствующей одному из представленных графиков, равна 10 °С.

Решение: Противоточная схема движения теплоносителей соответствует рисунку а. Наименьшая разность температур равна ∆t = 60 - 50 =10

13.Наибольшая разность температур для прямоточной схемы движения теплоносителей, соответствующей одному из представленных графиков, равна 60 °С.

14.Наименьшая разность температур для прямоточной схемы движения теплоносителей, соответствующей одному из представленных графиков, равна 15 °С.