кр ответы. 1. Что называется теплообменным аппаратом (тоа)

• Название: 1. Что называется теплообменным аппаратом (тоа)
• Дата: 05.05.2022
• Размер: 250.62 Kb.
• Имя файла: кр ответы.docx
• Тип: Документы; #512827

1. Что называется теплообменным аппаратом (ТОА)?

Теплообменным аппаратом (теплообменником) называется устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями.


2. На какие группы делятся ТОА?

По принципу действия теплообменники подразделяются на поверхностные, контактные и с внутренним источником теплоты (например, реакторы атомных электростанций). Поверхностные теплообменники делятся на рекуперативные и регенеративные, а контактные – на смесительные и барботажные.


3. По каким схемам осуществляется движение теплоносителей в ТОА?

В рекуперативных теплообменниках движение жидкости осуществляется по трем основным схемам или их сочетаниям.

Различают следующие схемы движения теплоносителей:

1) прямоток (направление греющего и нагреваемого теплоносителей совпадают); индекс 1 – греющий теплоноситель, индекс 2 – нагреваемый.



2) противоток. Самый эффективный т.к. температура нагреваемого теплоносителя на выходе из ТА (t2’’) может быть больше температуры греющего теплоносителя на выходе из ТА (t1’’), что невозможно при прямотоке.



3) перекрестный ток;



4) смешанный ток;



5) многократный смешанно-поперечный ток.

4. Основное уравнение теплопередачи и теплового баланса.






5. Что называется условным эквивалентом?

Величину   называют водяным или условным эквивалентом, с учетом которого уравнение теплового баланса может быть записано в виде

 ,

где   и   - условные эквиваленты горячей и холодной жидкости.

Т.е. в теплообменных аппаратах температуры горячей и холодной жидкостей изменяются обратно пропорционально их условным эквивалентам. Для элемента поверхности это соотношение будет равно

 .

Соотношение между условными эквивалентами горячего и холодного теплоносителей определяет наклон кривых на графиках изменения температур. Например, если   , то изменение температуры холодного теплоносителя будет в 2 раза больше изменения температуры горячего теплоносителя.


6. Как изменяются температуры теплоносителей в зависимости от условных эквивалентов в аппаратах?

Соотношение между условными эквивалентами горячего и холодного теплоносителей определяет наклон кривых на графиках изменения температур. Например, если   , то изменение температуры холодного теплоносителя будет в 2 раза больше изменения температуры горячего теплоносителя.

При выводе уравнения теплопередачи предполагается, что температуры теплоносителей постоянны и с течением времени не изменяются. В действительности это не так, причем на изменение температур большое влияние оказывает схема движения теплоносителей и величины условных эквивалентов.

7. Графики изменения температур теплоносителей в аппаратах с прямотоком и противотоком.



8. Простые виды теплообмена: теплопроводность, конвекция, излучение.

Теплопроводность — это процесс переноса внутреннейэнергии от более нагретых частей тела ( или тел ) к менее нагретым частям ( или телам ), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела

Под конвекцией понимают процессы переноса теплоты при перемещении объемов жидкости или газа в пространстве.

Тепловое излучение (радиационный теплообмен) – способ переноса теплоты в пространстве, осуществляемый в результате распространения электромагнитных волн, энергия которых при взаимодействии с веществом переходит в тепло.


9. Что такое сложный теплообмен (конвективный теплообмен – теплоотдача, теплопередача)?

Под конвекцией понимают процессы переноса теплоты при перемещении объемов жидкости или газа в пространстве. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, т.к. имеет место непосредственное соприкосновение между частицами жидкости, этот совместный процесс называют конвективным теплообменом.

Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему, либо непосредственно (при контакте), или через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.

Теплоотдачей называется процесс теплообмена, возникающий между твёрдым телом и омывающей его жидкой или газообразной средой

10. Методика конструктивного расчета.

Цель конструктивного расчета состоит в определении величины поверхности теплообмена по известному количеству передаваемой теплоты и температурам теплоносителей на входе и выходе аппарата.

Когда возникает необходимость работы готового теплообменника в условиях, отличных от проектных, то выполняется поверочный расчет. При этом определяются температуры теплоносителей на выходе теплообменника и количество передаваемой теплоты по известным величине поверхности теплообмена и температурам теплоносителей на входе в теплообменник.

11. Принцип расчета коэффициента теплоотдачи.

При конструктивном расчете поверхность теплообмена определяется из уравнения теплопередачи (2.3)



Средний логарифмический или арифметический температурный напор для прямотока и противотока определяется из формул

или (при ) (2.4)

Величины температурных перепадов на концах аппарата Δt_δ и Δt_м обозначены на рис. 3.


12. По какой формуле рассчитывается коэффициент теплопередачи К?

Коэффициент теплопередачи К рассчитывается по формуле для плоской стенки, что допустимо при

(2.5)

где α₁ – коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к поверхности стенки, кВт/( м²∙K);

α₂ – коэффициент теплоотдачи от поверхности стенки к холодному теплоносителю, кВт/( м²∙K);

δ_с – толщина стенки трубок, м;

λ_с – коэффициент теплопроводности материала стенки трубок, кВт/(м∙К);

d_н, d_в – соответственно наружный и внутренний диаметр трубок, м;

δ_нак, λ_нак – соответственно толщина, м и коэффициент теплопроводности слоя накипи или отложений, кВт/(м∙К).

13. Преимущества и недостатки прямотока и противотока.

при одной и той же начальной температуре холодной жидкости при противотоке ее можно нагреть до более высокой температуры, чем при прямотоке. Температурный напор вдоль поверхности при прямотоке изменяется сильнее, чем при противотоке. Вместе с тем среднее значение температурного напора при противотоке больше, чем при прямотоке. За счет только этого фактора при противотоке теплообменник получается компактнее. Однако если температура хотя бы одной из рабочих жидкостей постоянна, то среднее значение температурного напора независимо от схемы движения оказывается одним и тем же. Так именно получается при кипении жидкостей и при конденсации паров, либо когда расход одной рабочей жидкости настолько велик, что ее температура изменяется очень мало


14. Как находится величина среднего температурного напора теплоносителя для аппарата с прямотоком и противотоком?




15. Возможно ли условие равенства температур , при прямотоке, то же при противотоке?

При прямотоке конечная температура t"2 нагреваемой среды всегда меньше температуры t''1 греющей среды на выходе из аппарата, а при противотоке конечная температура t"2 может быть выше температуры t"1 (см. для противотока случай, когда C1 > C2). Следовательно, при одинаковой начальной температуре нагреваемую среду при противотоке можно нагреть до более высокой температуры, чем при прямотоке.

16. Теплоотдача при конденсации.

Теплоотдача при конденсации насыщенных паров представляет собой одновременный перенос теплоты (определяемой теплотой парообразования) и массы (определяемой количеством сконденсированного пара).

Молекулы пара переносятся к охлаждаемой стенке вихрями турбулентного потока, конденсируются, и при этом происходит резкое уменьшение его объема, таким образом, возникает собственное поступательное движение к стенке. Образовавшийся конденсат стекает по стенке, а к стенке подходит собственный пар. Перенос теплоты и основной массы пара к стенке идет настолько быстро, что степень турбулизации потока не оказывает существенного влияния на процесс и не учитывается в расчетах.

17. Теплоотдачи при свободном движении теплоносителя.

Если в жидкость достаточно большого объема ввести нагретое тело, то внутри такого пространства возникнет естественная конвекция. В этом случае жидкость приходит в движение, обусловленное только наличием температурного поля. Такое движение жидкости называется свободным.

Причиной возникновения циркуляционных токов является различие в плотностях неодинаково нагретой жидкости. Частицы жидкости, нагреваясь, стремятся под действием возникающей подъемной силы подняться вверх, а на их место подходят холодные частицы из окружающего пространства.

18. Теплоотдача при излучении.

Теплообмен излучением - сложный про­цесс, при котором внутренняя энергия излучающего тела пере­ходит в энергию электромагнитных волн, а затем в по­глощающем эти волны другом теле их энергия вновь превращается во внутреннюю энергию теплового движения микрочастиц.

19. Записать формулы для чисел подобия Nu, Re, Gr, Pr и объяснить их физический смысл.


20. Как влияет накипь на величину поверхности теплообмена F?

Накипь на поверхности нагрева теплооб-менника увеличивает термическое сопротивле-ние теплопередающей стенки и, следовательно, снижает коэффициент теплопередачи аппарата.