Теплообменного

• Название: Теплообменного
• Дата: 08.03.2023
• Размер: 1.2 Mb.
• Имя файла: Teplovoy_raschet_rekuperativnogo_teploobmennogo_apparata.docx
• Тип: Учебное пособие; #974755
• страница: 3 из 22

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

В инженерных расчетах рассматривают два основных вида теплового расчёта теплообменных аппаратов: тепло- вой конструктивный и тепловой поверочный (провероч- ный) расчеты.

Тепловой конструктивный расчет выполняют при про- ектировании новых аппаратов в целях определения площа- ди поверхности теплообмена и количества переданной теплоты.

Тепловой поверочный расчет выполняют, если извест- на конструкция теплообменного аппарата и соответствен- но площадь поверхности теплообмена, а необходимо опре- делить конечные температуры теплоносителей и количе- ство переданной теплоты.

В обоих случаях тепловой расчет основан на совмест- ном решении уравнений теплового баланса и теплопереда- чи.

1. Уравнение теплового баланса

В общем случае уравнение теплового баланса тепло- обменного аппарата имеет вид

Q₁  Q₂ ^{+ Q, (1.1)}

где Q₁ – количество теплоты, отдаваемое горячим тепло- носителем в единицу времени, Вт; Q₂ – количество тепло- ты, воспринимаемое холодным теплоносителем в единицу времени, Вт; Q – тепловые потери в окружающую среду, Вт.

Тепловые потери Q зависят от режима работы тепло- обменного аппарата, его конструкции и качества тепловой изоляции. Величину тепловых потерь рассчитывают инди- видуально для каждого теплообменника.

При допущении малости тепловых потерь уравнение теплового баланса принимает вид

Q₁ = Q₂ = Q, (1.2)

где Q – тепловая мощность теплообменного аппарата, Вт. Тепловую мощность теплообменного аппарата рассчи-

тывают по формуле

Q = Gh, (1.3)

где G – расход теплоносителя, кг/с; h – изменение удель- ной энтальпии, Дж/кг.

Изменение удельной энтальпии равно: а) для однофазных теплоносителей

h = с_рТ; (1.4)

б) при фазовом переходе (кипение или конденсация)

h = r, (1.5)

где с_р – удельная изобарная теплоёмкость, Дж/(кгК);

Т – изменение температуры однофазного теплоносителя; r – скрытая теплота фазового перехода.

Удельную теплоемкость с_р находят по справочнику [1] при средней температуре теплоносителя Т = (Т' + Т'') / 2, а теплоту фазового перехода r –при температуре насыщения Т_н [1].

Таким образом, в зависимости от фазового состояния холодного и горячего теплоносителей возможны следую- щие варианты записи уравнения теплового баланса:

• 
  для однофазных теплоносителей:
  

Q = G₁с_р1 (Т₁' – Т₁'') = G₂с_р2  (Т₂'' – Т₂'); (1.6)

• 
  при изменении агрегатного состояния горячего тепло- носителя (конденсация):
  

Q = G₁r₁ = G₂с_р2  (Т₂'' – Т₂'); (1.7)

• 
  при изменении агрегатного состояния холодного тепло- носителя (кипение):
  

Q = G₁с_р1 (Т₁' – Т₁'') = G₂r₂; (1.8)

• 
  при изменении агрегатного состояния обоих теплоноси- телей:
  

Q = G₁r₁ = G₂r₂. (1.9)

Формулы (1.6)÷(1.9) приведены для сухого насыщен- ного водяного пара. В теплообменник пар может поступать как в перегретом, так и во влажном насыщенном состоя- нии. Отличие реального состояния пара от состояния сухо- го насыщенного учитывают при расчете теплового потока фазового перехода:

а) для влажного насыщенного водяного пара

Q  G  r  x ; (1.10)

б) для перегретого пара:

Q  G(r  q_пер ) ^{, (1.11)}

где x – степень сухости пара; q_пер = h_п.п. – h_с.н.п. – удельная теплота перегрева, Дж/кг; h_п.п. и h_с.н.п. – удельные энталь- пии перегретого пара и сухого насыщенного водяного па- ра, Дж/кг.

Расходы теплоносителей рассчитывают по уравнению неразрывности:




G   w f ^{. (1.12)}

Плотность теплоносителя ρ находят по справочнику

[1] при средней температуре теплоносителя Т = (Т' + Т'') / 2.

Площадь поперечного сечения канала рассчитывают по формулам :

^{— круглая одиночная труба с внутренним диаметром} d_вн

 d²

f ^{вн ; (1.13)}

4

— n круглых труб с внутренним диаметром d_вн

d²

f ^вн  n ^{; (1.14)}

4

— кольцевой канал теплообменника типа «труба в трубе»

 D²

f 

4

d²

^нар , (1.15)

4

где D – внутренний диаметр наружной трубы, м; d_нар – наружный диаметр внутренней трубы, м;

— внешний канал для прохода теплоносителя в межтруб- ном пространстве кожухотрубного теплообменника с чис- лом трубок n

 D²

f 

4

d²

 ^нар  n ^{, (1.16)}

4

где D – внутренний диаметр кожуха, м; d_нар – наружный диаметр внутренних трубок, м;

— канал для прохода теплоносителей пластинчатого теп- лообменника

f  s b , (1.17)

где b – ширина пластины, м; s – расстояние между пласти- нами, м.