3.3 Применение метода безразмерных характеристик для расчёта регенеративных теплообменников

Различают два типа регенеративных теплообменников периодического действия – вращающиеся и перемещающиеся. Во вращающихся регенеративных теплообменниках вращение проницаемой насадки (матрицы) обеспечивает периодическое перемещение части теплопередающей поверхности из области движения горячего потока в область движения холодного потока. Таким образом, насадка периодически нагревается и охлаждается. При этом косвенно передаётся от горячей жидкости к холодной.

Теплообменник перемещающегося типа имеет две одинаковые насадки (матрицы), через каждую из которых попеременно движется то горячий, то холодный поток. Смена потоков осуществляется с помощью периодического переключения быстродействующих клапанов.

По сравнению с рекуперативными теплообменниками вращающийся регенератор имеет меньшую стоимость поверхности теплообмена, большую компактность, а также отсутствие застойных зон и возможность самоочищения из-за периодического изменения направления движения потоков в одной и той же части насадки.

В расчётах используются те же безразмерные характеристики, но в изменённой модификации. Число единиц переноса теплоты определяется по следующей формуле:

. (3.26)

Водяной эквивалент насадки вращающегося теплообменника равен произведению её массы, теплоёмкости и скорости вращения , т.е.

. (3.27)

Таким образом, эффективность для вращающегося регенератора может быть представлена в виде функции:

. (3.28)

На рисунке 3.5 представлена характеристика вращающегося регенератора.

Для предварительных расчётов эффективность регенератора может быть определена по выражению

, (3.29)

где – эффективность противоточного теплообменного аппарата.

Рис. 3.5 Характеристика вращающегося регенератора

Контрольные вопросы

1. Напишите формулу для определения эффективности рекуперативного теплообменного аппарата.

2. Как определяются водяные эквиваленты теплоносителей?

3. Напишите формулу для определения числа единиц переноса тепла.

4. Как определяются расходы теплоносителей для рекуперативных теплообменных аппаратов?

5. Напишите формулу для определения расчетной поверхности нагрева теплообменного аппарата с использование метода безразмерных характеристик.

6. Какими преимуществами обладает метод безразмерных характеристик по сравнению с традиционным методом расчета теплообменных аппаратов?

7. Напишите формулу для определения тепловой нагрузки теплообменного аппарата.

8. Какой величине будет равно отношение водяных эквивалентов для пароводяного теплообменного аппарата?

9. По каким формулам определяются значения температур теплоносителей на выходе из теплообменного аппарата?

4 Гидравлический расчет теплообменных аппаратов

Гидравлический расчет теплообменных аппаратов сводится к определению их сопротивления для прохода теплоносителей. Гидравлическое сопротивление для прохода теплоносителя подразделяется на линейное и местное сопротивления. Полное сопротивление ∆p будет равно

, Па. (4.1)

Линейное сопротивление в трубках и каналах ∆p_л определяется по формуле Дарси-Вейсбаха

, Па, (4.2)

где  – коэффициент потерь на трение по длине канала;

 – длина канала, м;

 – эквивалентный диаметр сечения канала, м;

 – средняя скорость движения жидкости, м/с;

 – плотность жидкости, кг/м³.

Скорость теплоносителя определяется как отношение расхода теплоносителя к плотность живого сечения

, м/с. (4.3)

Для чистых латунных трубок коэффициент сопротивления определяется по формуле

. (4.4)

Потери давления в подогревателе увеличиваются с увеличением шероховатости труб, что вызвано их загрязнением в процессе эксплуатации. Значения коэффициентов загрязнения приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Значения коэффициентов загрязнения

№ п/п	Материал труб и их состояние
1.	Новые медные и латунные чистые трубы	1,0
2.	Новые стальные чистые трубы	1,16
3.	Старые (загрязненные) медные и латунные трубы	1,3
4.	Старые (загрязненные) стальные трубы	1,54

Потери давления в местных сопротивлениях ∆p_м определяются по зависимости

, Па, (4.5)

где  – сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Значения наиболее часто встречающихся в теплообменниках коэффициентов местных сопротивлений приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Коэффициенты местных сопротивлений

Наименование узла сопротивления
Вентиль проходной при полном открытии	4,6
Вентиль проходной при полном открытии	7,6
Вентиль Косва	1,0
Задвижка нормальная	0,5÷1,0
Кран проходной	0,6÷2,0
Угольник 90°	1,0÷2,0
Колено гладкое 90°,	0,3
Входная или выходная камера (удар и поворот)	1,5
Поворот на 180° из одной секции в другую через промежуточную камеру	2,5
Поворот на 180° из одной секции в другую через колено	2,0
Вход в межтрубное пространство под углом 90° к рабочему току	1,5
Поворот на 180° в U – образной трубке	0,5
Переход из одной секции в другую (межтрубный поток)	2,5
Поворот на 180° через перегородку в межтрубном пространстве	1,5
Огибание перегородок, поддерживающих трубы	0,5
Выход из межтрубного пространства под углом 90°	1,0

Таким образом, полное гидравлическое сопротивление определяется по формуле

, Па. (4.6)

По известным значениям полного гидравлического сопротивления и расхода теплоносителя определяется мощность, необходимая для перекачки теплоносителя

, Вт, (4.7)

где  – объемный расход жидкости, м³/с;

 – коэффициент полезного действия насоса.

Контрольные вопросы

1. Какие режимы движения жидкостей Вы знаете?

2. По какой формуле определяются потери на трение при движении жидкостей в каналах?

3. В чем состоит физический смысл местных сопротивлений?

4. Как учитывается загрязнение трубок при выполнении гидравлического расчета?

5. Укажите рекомендуемый диапазон скоростей движения воды в водонагревателях.

6. Какое значение имеет критическое число Рейнольдса?

7. По какой формуле определяется мощность, затрачиваемая на перекачку теплоносителя?