Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
517690_A5EFF_lekcii_po_teplomassoobmenu.doc
Скачиваний:
213
Добавлен:
20.09.2019
Размер:
7.54 Mб
Скачать

10.2.4 Проверочный расчет теплообменного аппарата. Сравнение прямотока с противотоком.

Прямоточная схема движения теплоносителей. Температурный напор на выходе из теплообменника , , , тогда

,

Преобразуем: , получим

,

Далее учтем и после простых преобразований получим

(*)

Уравнение (*), показывает, что изменение температуры горячего теплоносителя равно некоторой доле ПР располагаемого температурного напора . Эта доля зависит от двух безразмерных параметров и :

(**)

Для холодного теплоносителя:

(***)

Из (*) и (***) определяем конечные температуры теплоносителей

;

.

Тепловой поток передаваемый через поверхность теплообмена при прямотоке определяется из (*)

Противоточная схема движения теплоносителей. Для противотока расчетные формулы выводятся так же и имеют следующий вид:

;

;

;

;

;

.

Сравнение прямотока с противотоком. Если разделить количество теплоты при прямотоке, на количество теплоты, переданное при противотоке при почих равных условиях, то получим новую безразмерную функцию от и рис. 10.1, показывающую, какая доля теплоты противотока передается при прямоточной схеме движения теплоносителей:

Рис. 10.1. Сравнение прямотока с противотоком

Как следует из рис. 10.1, прямоточные и противоточные схемы могут быть равноценны только при очень больших и очень маых значениях ( и ) или очень малых значениях . Первое условие соответствует случаю, когда изменение температуры одного теплоносителя мало по сравнению с изменением температуры другого. Второе условие равнозначно случаю, когда средний температурный напор значительно превышает изменение температуры теплоносителей, так как либо . Во всех остальных случаях при прочих равных условиях противоток предпочтителен по сравнению с прямотоком. Однако, надо иметь ввиду, что температурные условия для конструктивных материалов при противотоке более жесткие, чем при прямотоке.

10.2.5 Гидравлический расчет аппаратов.

Целью гидравлического расчета является определение потерь давления при прохождении теплоносителя через теплообменный или тепломассообменный аппарат. Потери давления в первую очередь обусловлены сопротивлением трения, возникающим из-за вязкоти жидкости. Это сопротивление существенно зависит от скорости теплоносителя. В первом приближении можно принять, что при турбулентном течении жидкости в трубе перепад давлений на ее концах пропорционален квадрату скорости. От зависит значение мощности, необходимой для перемещения жидкости, так как , где - мощность, Вт; - массовый расход жидкости, кг/с; - плотность жидкости, кг/м3 ; - гидравлическое сопротивление, Па.

Зная значение можно подобрать насос или вентилятор, который будет обеспечивать прокачку теплоносителя через аппарат. При этом надо учитывать также КПД насоса и вентилятора.

Так как расход пропорционален скорости, а гидравлическое сопротивление - приблизительно скорости в квадрате (для турбулентного режима течения, который наиболее часто встречается на практике), то в первом приближении мощность пропорциональна скорости в кубе. В связи с этим расчет гидравлического сопротивления и выбор оптимальной скорости теплоносителя имеет большое значение.

Полное гидравлическое сопротивление складываается из трех частей:

- сопротивление трения. Которое для течения в каналах определяется , где - коэффициент сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса, - длина и диаметр трубы, - скорость теплоносителя;

- состовляющая потерь давления обусловлена местными сопротивлениями (на входе в трубу или межтрубное пространство, повороте и др.). определяется по формуле: , где - местный коэффициент сопротивления. Для конкретных условийзначение выбирается из таблиц. При наличии нескольких местных сопротивлений потери давления от каждого из сопротивлений складываются;

- составляющая гидравлических потерь связана с ускорением потока: , где индексы входа и выходы соответсвуют условиям на входе и выходе из теплообменного аппарата.

Если аппарат сообщается с атмосферой, при расчете следует учитывать гидростатические потери. Для замкнутых систем они равны нулю.

При ламинарном стабилизированном течении в трубе .

При турбулентном стабилизированном течении в технически гладкой трубе

Если высота шероховатости стенки трубы соизмерима с толщиной вязкого подслоя, то оказывается, что гидравлическое сопротивление этой трубы больше, чем гладкой. При этом

, если и ;

, если и .

При неизотермическом течении в формулы следует вводить поправку.

Гидравлическое сопротивление при поперечном обтекании пучка труб , где - скорость в узком сечении пучка, и , то ;

Расположение труб шахматное: и

;

Расположение труб коридорное: и

.

где - число рядов; - шаг труб в поперечном направлении; - шаг труб в направлении потока; - наружный диаметр трубы; - диагональный шагш труб.