Главная страница Случайная лекция Мы поможем в написании ваших работ! Порталы: БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика Мы поможем в написании ваших работ! |
Теоретическая часть. Теплообменные аппараты используются для передачи тепла от одного теплоносителя к другому
Теплообменные аппараты используются для передачи тепла от одного теплоносителя к другому. Теплоноситель, имеющий более высокую температуру и отдающий тепло, называется горячим; теплоноситель, обладающий более низкой температурой и воспринимающий тепло – холодным. Все теплообменные аппараты по способу передачи тепла могут быть разделены на две большие группы: поверхностные и контактные (схема1). В поверхностных аппаратах теплоносители отделены друг от друга твердой стенкой (такие аппараты называются рекуперативными), либо поочередно контактируют с одной и той же стенкой (такие аппараты называются регенеративными). Эту стенку (поверхность) называют поверхностью теплообмена. Т е п л о о б м е н н ы е а п п а р а т ы ¯ ¯ П о в е р х н о с т н ы е К о н т а к т н ы е ¯ ¯ ¯ ¯ Рекуперативные Регенеративные Смесительные Барботажные
Схема 1 – Классификация теплообменных аппаратов
В рекуперативном аппарате одна сторона поверхности теплообмена все время омывается горячим теплоносителем, другая – холодным. Тепло передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку. Направление теплового потока в стенке остается неизменным. В регенеративномаппарате одна и та же поверхность теплообмена попеременно омывается то одним, то другим теплоносителем. В период нагрева поверхности теплообмена, называемой насадкой регенератора, она контактирует с горячим теплоносителем и аккумулирует тепло, которое в период охлаждения отдает холодному теплоносителю. Направление теплового потока в стенках аппарата периодически меняется. В качестве насадки в таких аппаратах могут использоваться шары, кольца, мелкие трубы, собранные в плотный пучок, иногда кирпичная кладка (например, в регенераторах мартеновских печей). Достоинствами таких аппаратов являются возможность размещения большой поверхности в единице объема (большая компактность) и работы при высоких температурах (при использовании в качестве насадки высокотемпературных материалов), недостатками– плохая герметичность, неизбежность перемешивания теплоносителей, невозможность работы при высоких давлениях рабочих сред. В контактных теплообменных аппаратах передача тепла происходит при непосредственном контакте горячего и холодного теплоносителей, при этом теплообмен сопровождается массообменом. В аппаратах смесительного типа горячий и холодный теплоносители перемешиваются и образуют растворы или смеси (примером таких аппаратов могут служить различного типа скрубберы или смесители горячей и холодной воды, используемые в системах водоснабжения). В аппаратах барботажного типа теплоносители находятся в разных фазах и при контакте обмениваются теплом, практически не перемешиваясь между собой. Например, в градирнях капли разбрызгиваемой воды охлаждаются встречным потоком холодного воздуха, а в барботерах горячий пар охлаждается, поднимаясь через слой жидкости. Аппараты контактного типа не могут применяться, если рабочие среды имеют разные давления или вообще не могут перемешиваться. Аппараты контактного и регенеративного типа не нашли широкого применения на практике. Основным типом теплообменников, используемых в различных областях техники, по-прежнему остаются рекуперативные аппараты, которые и будут дальше рассматриваться. Рекуперативные теплообменные аппараты можно, в свою очередь, классифицировать: 1. По взаимному направлению потоков теплоносителей: - прямоточные (прямоток), когда оба теплоносителя движутся параллельно в одном направлении; - противоточные (противоток), когда оба теплоносителя движутся в противоположных направлениях; - с перекрестным током – теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях, однократно или многократно; - с более сложными схемами различного сочетания прямотока, противотока и перекрестного тока. 2. По роду теплоносителей: - аппараты, в которых оба теплоносителя не меняют своего агрегатного состояния (газо-газовые, жидко-жидкостные, газожидкостные); - аппараты, в которых изменяется агрегатное состояние одного теплоносителя, - конденсаторы (горячего теплоносителя), парогенераторы, испарители (холодного теплоносителя); - аппараты, в которых изменяются агрегатные состояния обоих теплоносителей (конденсаторы-испарители). 3. По конструктивному оформлению : - трубчатые: - трубчато-ребристые; - пластинчатые; - пластинчато-ребристые; - трубчато-пластинчатые. Наиболее распространенной конструкцией являются трубчатые аппараты. Поверхность теплообмена таких аппаратов состоит из одной или нескольких труб. Простейший теплообменник – типа труба в трубе – состоит всего из одной трубы, которая внутри омывается одним теплоносителем, а снаружи - другим, который протекает в кольцевом пространстве между теплообменной трубой и кожухом. Если теплообменник состоит из нескольких труб, то они собираются в трубный пучок с помощью трубных досок. Трубы с трубными досками заключены в кожух. Рассмотрим принципы теплового расчета рекуперативных теплообменников с однофазными теплоносителями. Обычно при расчете аппарата определяется либо поверхность теплообмена (конструкторский расчет), либо количество переданного тепла и конечные температуры теплоносителей (поверочный расчет).
Для определения Q необходимо знать распределение К и DT по поверхности теплообмена. Для однофазных теплоносителей коэффициент теплопередачи обычно изменяется незначительно и поэтому принимается постоянным по всей поверхности теплообмена. Тогда где средний по поверхности теплообмена температурный напор . (2) Уравнение (9) и является уравнением теплопередачи. Оно позволяет при конструкторском расчете определить поверхность теплообмена F. Если в теплообменном аппарате коэффициент теплопередачи существенно изменяется на отдельных участках поверхности теплообмена (как, например, для аппаратов с кипением или конденсацией теплоносителя на части поверхности), вводится средний по поверхности коэффициент К. Для плоской стенки коэффициент теплопередачи , (3) где a1, a2 – коэффициенты теплопередачи; d - толщина стенки; l - коэффициент теплопроводности материала стенки; Для цилиндрической стенки при отнесении теплового потока соответственно к внутренней и наружной поверхности (4) (5) где a1,a2 – коэффициенты теплоотдачи внутри и снаружи трубы; d1 и d2 – внутренний и наружный диаметры, [К]= 1 Вт/(м2К). Если d2/d1 <1,8, то вполне допустимо использование определения К по формуле для плоской стенки (11), т.е.
(6) где d0 = d2 при a1>>a2; d0=d1 при a0>>a1, d0=0,5 (d1+ d2) при a1»a2; здесь l – длина труб. Если ввести линейный коэффициент теплопередачи для цилиндрической стенки , (7) то . (8) Необходимые для определения коэффициента теплоотдачи расчетные зависимости приводятся в учебниках, монографиях, справочниках. Определим среднюю разность температур для простейших схем движения теплоносителей – прямоточной и противоточной. Характер изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена определяется схемой движения и соотношением теплоемкостей массовых расходов теплоносителей Сг и Сх (водяных эквивалентов).Для теплоносителей с большей теплоемкостью массового расхода температура вдоль поверхности теплообмена изменяется слабее. Для прямотока на участке dF температура горячего теплоносителя понизится на dTг, холодного – повысится на dTх. ; . (9) Выражение (18) называется среднелогарифмическим температурным напором для прямотока.
(10) среднелогарифмический температурный напор при противотоке . (11) Вместо (10) и (11) можно дать единую формулу: , (12) справедливую как при прямотоке, так и при противотоке. где DTБ – больший температурный напор; DTМ – меньший температурный напор.
Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 216; Нарушение авторских прав Мы поможем в написании ваших работ! |