Краткие теоретические сведения. 4.1. В зависимости от характера процесса тепловую нагрузку аппарата определяют по одной из следующих формул:

4.1. В зависимости от характера процесса тепловую нагрузку аппарата определяют по одной из следующих формул:

4.1.1. При нагревании жидкости или газа определяют по формуле:

Q = G c (t ₂ – t ₁) x ₁, (4.1)

где Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт;

G – количество нагреваемой жидкости или газа, кг/с;

с – средняя в данном интервале температур теплоемкость жидкости или газа, Дж/(кг·К);

t ₁, t ₂ – соответственно начальная и конечная температура нагреваемой среды, ºС;

х ₁ – коэффициент, учитывающий потери тепла (3…5%) теплообменником в окружающую среду при нагревании;

х ₁ = 1,03…1,05.

4.1.2. При охлаждении жидкости или газа определяют по формуле:

Q = G c (t ₁ – t ₂) x ₂, (4.2)

где х ₂ – коэффициент, учитывающий теплопотери при охлаждении (3…5%);

х ₂ = 0,95…0,97.

4.1.3. При испарении кипящей жидкости или конденсации пара определяют по формуле:

Q = G · r · x, (4.3)

где G – количество испаряемой жидкости или конденсируемого пара, кг/с;

r – удельная теплота парообразования (конденсации), Дж/кг;

х – коэффициент, учитывающий теплопотери при испарении или конденсации.

4.1.4. При конденсации пара с последующим охлаждением полученного конденсата от температуры конденсации t _к до температуры продукта t определяют по формуле:

Q = G r x + G _k c _k (t _k – t), (4.4)

где G _k – количество охлаждаемого конденсата, кг/с;

c _k – средняя теплоемкость конденсата, Дж/(кг К);

t _k – температура конденсации, ºС.

4.2. Процессы теплопередачи в промышленной аппаратуре протекают наиболее часто при переменных температурах теплоносителей.

Температуры теплоносителей обычно изменяются вдоль поверхности разделяющей их стенки, поэтому в тепловых расчетах пользуются средней разностью температур Δt, которая входит в основное уравнение теплопередачи.

Теплопередача при переменных температурах зависит от взаимного направления движений теплоносителей. В непрерывных процессах теплообмена возможны следующие варианты направления движения жидкостей друг относительно друга вдоль разделяющей их стенки:

· параллельный ток двух видов: прямоток см. рис. 4.1, а, при котором теплоносители движутся в одном и том же направлении; противоток см. рис. 4.1, б, при котором теплоносители движутся в противоположных направлениях;

· перекрестный ток см. рис.4.1, в, при котором теплоносители движутся взаимно перпендикулярно друг к другу;

· смешанный ток см. рис.4.1, г, при котором один из теплоносителей движется в одном направлении, а другой – меняет свое направление, поэтому на различных участках возникает как прямоток, так и противоток.

Движущейся силой теплопередачи является разность температур между горячим и холодным теплоносителями.

При установившемся процессе теплообмена, как для прямотока, так и для противотока средняя разность температур (средний температурный напор)

определяется по следующей методике:

4.2.1. Определяется направление движения теплоносителей вдоль разделяющей их стенки, например, – прямоток.

4.2.2. Строят график характера изменения температур теплоносителей в масштабе см. рис. 4.2 и 4.3.

4.2.3. Определяют разности температур в начале теплообменника и в конце и обозначают большую – Δt _б, а меньшую – Δt _м. Их можно определить аналитически следующими выражениями:

· для прямотока

t _тн – температура теплоносителя начальная, ºС;

t _пн – температура продукта начальная, ºС.

Δt _м = t _тк – t _пк, (4.6)

где Δt _м – наименьшая разность температур, ºС;

t _тк – температура теплоносителя конечная, ºС;

t _пк – температура продукта конечная, ºС.

· для противотока

Δt _б / Δt _м.

4.2.5. Если:

Δt _б / Δt _м > 2, (4.9)

4.2.5.1. то определяют среднелогарифмическую разность температур:

Δt = (Δt _б – Δt _м) / [2,3 lg (Δt _б / Δt _м)], (4.10)

где Δt – средняя разность температур, ºС.

А если

Δt _б / Δt _м < 2, (4.11)

4.2.5.2. то определяют среднеарифмическую разность температур:

Δt = 0,5(Δt _б + Δt _м), (4.12)

Наиболее распространенными видами движения являются прямоток и противоток. Однако применение противотока более экономично, чем прямотока. Это следует из того, что средняя разность температур при противотоке больше, чем при прямотоке, а расход теплоносителей одинаков (при одинаковых начальных и ко-

нечных температурах теплоносителей) и скорость теплообмена при противотоке больше.

Методика определения Δt аналогичны как для прямотока, так и для противотока.

Для смешанного и перекрестного токов среднюю разность температур можно определить как среднеарифметическую из средних разностей температур для прямотока и противотока по формуле:

Δt = 0,5(Δt _прям + Δt _прот), (4.13)

где Δt _прям – средняя разность температур для прямотока, ºС;

Δt _прот – средняя разность температур для противотока, ºС.

Процессы теплопередачи при постоянных температурах распространены относительно мало.

Поиск по сайту: