48. Теплопередача при переменных температурах. Средняя разность температур.

В теплообменных аппаратах и теплоиспользующих устройствах температура греющего и нагреваемого теплоносителей изменяются вдоль поверхности теплообмена: температура греющего теплоносителя понижается, а температура нагреваемого повышается. Исключение составляют теплообменные аппараты, в которых с одной стороны поверхности испаряется жидкость или конденсируется пар(например испарители или конденсаторы).

В условиях изменяющихся температур теплоносителей уравнение теплопередачи для элементарной площади можно записать в следующем виде:

Тепловой поток передаваемый через всю поверхность теплообмена при постоянном коэффициенте теплопередачи k равен: .

Для учета изменения температур теплоносителей по поверхности теплообмена в расчетное уравнение теплопередачи вводится средняя разность температур (средний температурный напор) , который определяется уравнением

,

где - средняя разность температур.

49. Тепловой баланс и уравнение теплопередачи теплообменного аппарата.

При добыче, транспорте и переработке нефти и газа в связи с технологической необходимостью или с целью снижения энергозатрат широко используются процессы передачи теплоты от одной к другой среде (жидкости или газу). Устройства, в которых происходит передача теплоты между теплоносителями (средами), называются теплообменными аппаратами (ТА).

Классификация теплообменных аппаратов

По принципу действия теплообменные аппараты делятся на рекупера-

тивные, регенеративные и смесительные.

В рекуперативных ТА горячий и холодный теплоносители одновременно подаются в аппараты, омывая с разных сторон поверхность теплообмена, а тепловой поток передается от горячего к холодному теплоносителю через разделяющую их стенку (рис. 28а).

Рис. 28. Схемы теплообменных аппаратов:

а – рекуперативный; б – регенеративный; в - смесительный

1 – горячий теплоноситель; 2 – холодный теплоноситель

В регенеративных ТА горячий и холодный теплоносители омывают одну и ту же поверхность теплообмена последовательно (рис. 28б). При омывании поверхности теплообмена горячий теплоноситель отдает ей теплоту, а затем ту же поверхность омывает холодная теплоноситель, который, получая теплоту, нагревается. Примером регенеративных ТА могут служить аппараты насадочного типа.

В рекуперативных и регенеративных ТА в процессе теплопередачи между теплоносителями участвует поверхность теплообмена, поэтому эти аппараты называются поверхностными.

В смесительных ТА теплопередача между теплоносителями осуществляется путем их непосредственного смешения (рис. 28в). Эти ТА называются контактными. Примером таких ТА могут быть градирни, в которых оборотная вода охлаждается атмосферным воздухом.

По назначению теплообменные аппараты делятся на конвективные (нагреватели и холодильники), испарители, конденсаторы и кристаллизаторы.

В конвективных ТА не происходит агрегатного превращения теплоносителей.

В испарителях происходит испарение холодного теплоносителя или компоненты холодного теплоносителя.

В конденсаторах конденсируется горячий теплоноситель или компонент горячего теплоносителя.

Кристаллизаторы используются для охлаждения потока горячего теплоносителя до температуры, обеспечивающей образование кристаллов некоторых компонент горячего теплоносителя.

Основы теплового расчета рекуперативных теплообменных аппаратов

В зависимости от постановки задачи тепловой расчет теплообменных аппаратов может быть конструктивным (расчеты первого рода) или поверочными (расчеты второго рода).

При конструкторском тепловом расчете известны: вид теплоносителя, температура теплоносителей на входе и выходе из теплообменного аппарата, а также расходы теплоносителей. Определяют тепловую мощность и площадь поверхности теплообменного аппарата (ТА), с дальнейшим конструированием нового или выбором стандартного аппарата.

При поверочный тепловом расчете известны: тип, характеристика и геометрические размеры ТА, вид и расходы теплоносителей, а также температуры теплоносителей на входе в теплообменник. Необходимо определить мощность теплообменного аппарата и температуры теплоносителей на выходе из теплообменника.

В основу теплового расчета рекуперативных ТА положены: уравнение теплового баланса : ,

и обобщенное уравнение теплопередачи при переменных температурах

, где η – коэффициент, учитывающий тепловые потери в окружающую среду, η = 0,95 – 0,98;

Уравнения (237), (238) справедливы для всех типов рекуперативных ТА любого назначения (нагреватели, холодильники, испарители, конденсаторы и кристаллизаторы), но при этом тепловые потоки ( ) определяются для каждого из указанных типов рекуперативных ТА по различным расчетным соотношениям.