
- •Список рекомендуемой литературы:
- •1) Основная литература:
- •1.1 Методы изучения физических явлений
- •1.2 Температурное попе
- •1.3 Температурный градиент
- •1.4 Тепловой поток. Закон фурье
- •1.5 Коэффициент теплопроводности
- •1.6 Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •1.7. Условия однозначности для процессов теплопроводности
- •Глава 2
- •2.1. Основные понятия и расчетные зависимости
- •2.2. Плоская стенка
- •2.3. Цилиндрическая стенка
- •2.4. Шаровая стенка
- •2.5 Плоская стенка с прямыми ребрами постоянного поперечного сечения
- •2.6 Цилиндрическая стенка с круглым ребром постоянной толщины
- •3.1. Однородная неограниченная пластина
- •3.2. Цилиндрический стержень
- •3.3. Цилиндрическая труба
- •3.4. Теплообмен в условиях электрического нагрева
- •4.1 Тела с одномерным температурным полем
- •4.2 Тепа конечных размеров
- •4.3. Расчет отданной (воспринятой) телом теплоты
- •4.4. Регулярный режим охлаждения (нагревания) тел
- •5.1 Числа теплового и гидромеханического подобия
- •6.1. Основные положения
- •6.2. Расчетные формулы для теплоотдачи при продольном
- •6.3. Теплоотдача при движении потока внутри труб (каналов)
- •6.4. Расчетные формулы по теплоотдаче при поперечном
- •7.1. Свободная конвекция в большом объеме
- •7.2. Свободная конвекция в ограниченном объеме
- •8.1. Конденсация неподвижного пара
- •8.2. Конденсация движущегося пара
- •9.1. Пузырьковое кипение в большом объеме
- •9.2. Пузырьковое кипение в трубах при вынужденной
- •9.3. Пленочное кипение в большом объеме
- •10.1. Основные понятия и расчетные формулы
- •11.1. Общие положения и расчетные зависимости
- •12.1. Тепловой расчет теплообменников
- •12.2. Гидромеханический расчет теплообменников
12.1. Тепловой расчет теплообменников
А.
Уравнение
теплового баланса теплообменника
выражает равенство теплоты, отданной
греющим теплоносителем, и теплоты,
воспринятой нагреваемой средой, с учетом
тепловых потерь в окружающую среду
коэффициентом .
Для теплообменников без изменения агрегатного состояния теплоносителей
,(260)
где
Q
—
тепловой поток, Вт; т
—
массовый расход теплоносителя, кг/с;
с-удельная теплоемкость теплоносителя,
;
и
—
температуры теплоносителя
соответственно на входе и выходе из
теплообменника.
При изменении агрегатного состояния одного из теплоносителей
,(261)
где
и
—
энтальпии теплоносителя на входе и
выходе из теплообменника, Дж/кг.
Для
испарителей, где греющий насыщенный
пар превращается при охлаждении в
конденсат, а нагреваемая жидкость входит
с температурой
и
доводится до состояния сухого насыщенного
пара (без учета потерь тепла с продувкой),
,(262)
где
,
—
энтальпия греющего пара и его конденсата
(находятся по табл. 4 и 3 приложения);
и r
—
температура насыщения и теплота
парообразования нагреваемой жидкости.
Для
конденсаторов, где перегретый пар,
охлаждаясь, переходит в состояние
насыщения с последующим охлаждением
конденсата до температуры
на
выходе, а охлаждающая жидкость (например,
вода) не меняет своего агрегатного
состояния,
,
(263)
где
и
— удельные теплоемкости перегретого
пара и его конденсата;
и
—
температуры перегретого пара и
насыщения при данном давлении;
—
удельная теплоемкость охлаждающей
жидкости, нагревающейся в конденсаторе
от
до
.
Б. Уравнение теплопередачи:
через плоскую стенку с площадью поверхности теплообмена F
;(264)
через цилиндрическую стенку длиной l
;(265)
через шаровую стенку
.(266)
Коэффициенты
теплопередачи ,
,
определяются
соответственно по формулам (12), (20), (28).
Средний
температурный напор
между
двумя теплоносителям по поверхности
теплообмена определяется следующими
способами.
Среднелогарифмический напор
,(267)
где
,
—
большая и меньшая разности температур
двух теплоносителей на концах
теплообменника (рис. 19);
можно
определить по номограмме рис. П.13
приложения.
Среднеарифметический
напор
— при малом изменении разности температур
теплоносителей вдоль поверхности
теплообмена (при )
.(268)
Для перекрестного тока и сложного движения теплоносителей
,(269)где
— среднелогарифмический температурный
напор, определенный для противотока;
—коэффициент,
определяемый по рис. П. 14 приложения в
зависимости от параметров P
и
R
и
схемы движения теплоносителей; при этом
(270)
В. Уравнение массового расхода теплоносителя
,(271)
где
— скорость движения теплоносителя,
м/с;
— плотность теплоносителя, кг/м3;
f
— площадь живого сечения потока, м2.
Площадь живого сечения потока при движении теплоносителя в трубах
,(272)
где
и n
—
внутренний диаметр труб и их общее
количество в теплообменнике; z
— число ходов теплоносителя в
теплообменнике.
,(273)
где
— поперечный шаг труб, в среднем
можно принимать
;
и l
— наружный диаметр и длина трубы.
Г.
Поверочный
расчет теплообменников осуществляется
следующим образом: при малом изменении
разности температур вдоль поверхности
теплообмена (при )
в приближении линейного распределения
температур по длине и при известных
величинах F,
,
,
,
используется
формула
,(274)
где
,
— полные массовые расходные теплоемкости
теплоносителей (водяные эквиваленты),
Вт/К,
.
При экспоненциальном изменении температурного напора по длине теплообменника разность температур определяется с учетом схемы движения теплоносителей.
При прямоточной схеме:
для горячего теплоносителя
для холодного
теплоносителя(275) где
определяется по графику рис. П.15
приложения; количество передаваемой
теплоты при прямотоке
.(276)
При противоточной схеме
(277)
где
определяется по графику рис. П.16
приложения;
.(278)
Эффективность (КПД) теплообменника
,(279)
где
Q
— фактически переданное количество
теплоты;
— максимальное количество теплоты,
которое возможно передать в идеальном
противоточном теплообменнике;
- минимальный из
и
водяной эквивалент.
Метод расчета теплообменников с помощью числа единиц переноса теплоты (ЧЕП)
(280)
осуществляется
следующим образом: при конструктивном
расчете определяется
, если
,
или
,
если
.
По
графику рис. П.12 приложения находится
ЧЕП в зависимости от E,
и схемы движения теплоносителей.
Поверхность теплообмена F
вычисляется
по формуле (280) при известном коэффициенте
теплопередачи.
При
поверочном
расчете
вычисляется ЧЕП по формуле (280) и затем
находится Е
по
графику рис. П. 12 приложения в зависимости
от
и схемы движения теплоносителей.
Определяются
и
конечные температуры теплоносителей
и
.
Лекция №24