15-Дәріс. Рекуперативті жылуалмастырғыштарды есептеудің негізі

Бір жылутасымалдағыштан жылуөткізгіш материалды қабырғамен бөлінген екінші жылутасымалдағышқа жылудың берілу жүретін беттік жылуалмастырғыштар рекперативті деп аталады. Жылутасымалдағыштар ағынының өзара бағыты арқылы жылуалмастырғыштарды тура ағысты(екі жылутасымалдағыш бір бағытта параллель қозғалады), кері ағысты(екі жылутасымалдағыш кері бағытта қозғалады), бір немесе көпкратты қиылысты(екі жылутасымалдағыш қарама қарсы бағытта қозғалады) және қиын қозғалысты сүлбелі болып бөлінеді.

Әр түрлі нұсқаулы жылулық және гидромеханикалық есептеулерден және басқа талаптарды ескере отырып салыстырмалы бағалаудың нәтижесінде ғана жылуалмастырғыштардың соңғы сүлбесі таңдалады.

Жылуалмастырғыш есептеулерін конструктивті және сенімді деп бөледі. Бірінші жағдайда есептеудің мақсаты болып, жылуалмастырғыштың негізгі өлшемдері мен жылуалмасу бетін анықтау болып табылады. Екінші жағдайда берілген жылуалмасу беті мен өлшемі үшін жылу ағыны мен жылутасымалдағыштың шекті температурасын(энтальпия) анықтайды.

12.1. Жылуалмастырғыштың жылулық есебі.

А. Жылуалмастырғыштың жылулық балансының теңдеуі, коэффициентін қоршаған ортаға жылулық шығынның таралуын ескере отырып, қыздырылған ортамен қабылданған жылумен және қыздырылатын жылутасымалдағышпен берілетін теңдікті сипаттайды.

Жылутасымалдағыштың агрегатты күйінің өзгеруісіз қалатын жылутасымалдағыштар үшін

, (260) мұндағы Q —жылу ағыны, Вт; т — жылутасымалдағыштың массалық шығыны, кг/с; с – жылутасымалдағыштың меншікті жылусыйымдылығы, ; және — сәйкесінше жылутасымалдағыштың кірісі мен шығысындағы жылутасымалдағыш тем­пературасы.

Жылутасымалдағыштың бір агрегатты күйінің өзгеруі кезінде

, (261) мұндағы және —жылуалмастырғыштың кірісі мен шығысындағы жылутасымалдағыш энтальпиясы, Дж/кг.

Қыздырылатын қаныққан бу суыту кезінде конденсатқа айналады, ал қыздырылатын сұйықтық температурасына кіреді және құрғақ қаныққан бу күйіне дейін жеткізілетін (үрлеу жылу шығынын ескеруінсіз) буландырғыш үшін

, (262) мұндағы , — қыздырылған бу мен оның конденсатының энтальпиясы (қосымшадағы 4 және 3 кесте бойынша табылады); және r — қанығу температурасы мен қыздырылатын сұйықтықтың буға айналу жылуы.

Қыздырылатын бу суытылып, келесі конденсаттың суытылуы шығысындағы температурасына жеткізілетін қанығу күйіне өтетін және өз агрегатты күйін өзгермейтін конденсатор үшін:

, (263) мұндағы және —қыздырылған будың меншікті жылусыйымдылығы мен оның конденсаты; және — белгілі бір қысымдағы қыздырылған бу мен қанығу температурасы; — ден дейінгі конденсаторда қыздырылатын, суытылатын сұйықтықтың меншгікті жылусыйымдылығы.

Б. Жылу бепру теңдеуі:

жылуалмасу беті F ауданды жазық қабырға арқылы

; (264)

ұзындығы l цилиндрлікқабырға арқылы

; (265)

Шарлы қабырға арқылы

. (266)

, , жылу беру коэффициенттері сәйкесінше (12), (20), (28) формулалар арқылы анықталады.

Жылуалмасу беті бойынша екі жылутасымалдағыш арасындағы орташа температуралық қысым келесі әдістермен анықталады:

Орташа логарифмдік қысым

, (267)

мұндағы , — жылуалмастырғыш шегіндегі екі жылутасымалдағыш температураларының үлкен және аз мәнді айырымы (19-сурет); - ны қосымшадағы П.13 суреттің номограммасы бойынша анықтауға болады.

Орташа арифметикалық қысым— жылуалмасу бетінің маңындағы жылутасымалдағыш температураларының аз өзгерісі (кезінде ).

. (268)

Жылутасымалдағыштың қиылысты тоқ және қиын қозғалысы үшін:

, (269) мұндағы —анықталған керітоқ үшін, орташа логарифмдік тоқ үшін; — жылутасымалдағыш қозғалысының сүлбесі мен P және R параметрлерінен тәуелді қосымшадағы П. 14 сурет бойынша анықталатын коэффициент; осы кезде

(270)

В. Жылутасымалдағыштың массалық шығын теңдеуі :

, (271) мұндағы — жылутасымалдағыш қозғалысының жылдамдығы, м/с; — жылутасымалдағыш тығыздығы, кг/м³; f — ағынның ағып жатқан ағысының ауданы, м².

Құбырдағы жылутасымалдағыш қозғалысы кезіндегі ағынның ағып жатқан ағысының ауданы:

, (272) мұндағы және n — жылуалмастырғыш құбырының ішкі диаметрі мен және олардың жалпы саны; z — жылуалмастырғыштағы жылутасымалдағыш жүрісінің саны.

Құбырлы тордың көлденен ағысы кезінде:

, (273) мұндағы — құбырдың көлденен қадамы, орташа түрде оны келесі түрде қабылдауға болады: ; және l — құбырдың сыртқы диаметрі және ұзындығы.

Г. Жылуалмастырғыштың сенімді коэффициенті келесі түрде анықталады: белгі бір F, , , шамалар кезінде және ұзындық бойынша температуралардың сызықты таралуы кезінде( кезінде) жылуалмасу бетінің температулар маңында аз өзгерісі кезінде келесі формула қолданылады

, (274) мұндағы , — жылутасымалдағыштың толық массалық жылусыйымдылық шығындары(сулы эквиваленттер), Вт/К, .

Температуралық қысымның экспоненциалды өзгеруі кезінде жылуалмастырғыш ұзындығы бойынша, жылутасымалдағыш қозғалысының сүлбесін ескеру арқылы температулар айырымы анықталады.

Тура ағысты сүлбеде:

ыстық жылутасымалдағыш үшін

суық жылутасымалдағыш үшін (275)

мұндағы қосымшадағы П.15 сурет бойынша анықталады; туратоқ кезіндегі берілетін жылудың мөлшері

. (276)

Кері ағысты сүлбе кезінде,

(277)

мұндағы қосымшадағы П.16 сурет бойынша анықталады;

. (278)

Жылуалмастырғыш эффективтілігі (ПӘК)

, (279)

мұндағы Q — жылудың факт жүзінде берілетін мөлшері; — идеалды керіағысты жылуалмастырғышта берілетін максималды жылу мөлшері; - мен минималды сулы эквивалент.

Жылу тасымалдау бөлшектер саны ( числа единиц переноса теплоты)жылуалмастырғыштарды есептеу әдісімен анықталады

(280) жылуалмастырғыштарды есептеу әдісі келесі түрде анықталады:

Конструктивті есептеу кезінде

, егер ,

немесе , егер . Қосымшадағы П.12 суреттегі график бойынша, ЧЕП – тің E-ден тәуелділігі, және жылутасымалдағыштардың қозғалыс сүлбесі анықталады. Жылуалмасу беті F белгілі жылуберу коэффициенті кезінде (280) формула қолданылады.

Тексеру есептеуі кезінде ЧЕП (280) формула бойынша анықталады және содан кейін қосымшадағы П. 12 сурет бойынша -дан жылутасымалдағыштың қозғалыс тәуелділік графигінен Е анықталады. және жылутасымалдағыштың шекті температурасы және анықталады.