Главная страница Случайная лекция Мы поможем в написании ваших работ! Порталы: БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика Мы поможем в написании ваших работ! |
Конструктивный тепловой расчет теплообменных аппаратов
Конструктивный расчет теплообменников выполняют при их проектировании. При таком расчете заданы расходы теплоносителей и их параметры на входе и на выходе из него. Целью конструктивного расчета является определение необходимой поверхности теплообмена для заданного типа теплообменного аппарата. Кроме того, необходимо определить количество труб (для многоходовых теплообменников – число ходов и количество труб на один ход), диаметр кожуха, длину труб и диаметры патрубков для подвода теплоносителей. Основой конструктивного расчета теплообменного аппарата является решение уравнений теплового баланса и теплопередачи. Уравнение теплового баланса имеет вид: (2.1) где Q – тепловой поток, передаваемыйе греющим теплоносителем в теплообменнике (тепловая мощность), Вт; – изменение энтальпии греющего теплоносителя, Дж/кг; – изменение энтальпии нагреваемого теплоносителя, Дж/кг; – расходы греющего и нагреваемого теплоносителей, г/с; – КПД теплообменного аппарата, учитывающий потерю тепла в окружающую среду. Если в теплообменнике агрегатное состояние теплоносителей не изменяется, то ; , (2.2) где и – начальная и конечная температуры греющего теплоносителя; и – начальная и конечная температура нагреваемого теплоносителя; и – средние значения изобарных теплоемкостей греющего и нагреваемого теплоносителя, Дж/(кг×К). При изменении агрегатного состояния греющего теплоносителя, например в результате конденсации пара, (2.3) где и – энтальпии пара и конденсата, Дж/кг. В случае если в качестве греющего теплоносителя используется насыщенный пар, и образующийся конденсат не охлаждается, то , где и – энтальпии насыщенного пара и воды при данном давлении, Дж/(кг×К). Таким образом, для водо-водяных теплообменников уравнение теплового баланса имеет вид:
. (2.4) Для теплообменников, в которых в качестве греющего теплоносителя используется насыщенный пар, и конденсат не охлаждается имеем: . (2.5) Если расход одного из теплоносителей неизвестен, для его определения используют одно из уравнений (2.4) или (2.5). Уравнение теплопередачи необходимо для определения плотности теплового потока теплообмена и имеет вид: , (2.6) где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2×К); и – температуры греющего и нагреваемого теплоносителей; q – плотность теплового потока, Вт/м2. Уравнение (2.6) справедливо, если и остаются неизменными по всей поверхности теплообмена, однако это условие выполняется только в редких случаях. В большинстве случаев температура хотя бы одного из теплоносителей изменяется по длине аппарата и, следовательно, изменяется температурный напор . Поэтому уравнение теплопередачи записывается в виде: , (2.7) где – среднелогарифмический температурный напор; k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2×К), F – площадь поверхности теплообмена, м2. Так как толщина стенки труб мала по сравнению с диаметром, коэффициент теплопередачи может быть рассчитан по формуле для плоской стенки , (2.8) где , – коэффициенты теплообмена с обеих сторон теплопередающей поверхности, Вт/(м2×К); d – толщина стенки труб, м; l – теплопроводность материала труб, Вт/(м×К); d3 – толщина слоя загрязнений, м; l3 – теплопроводность слоя загрязнений, Вт/(м2×К). При использовании формулы (2.7) необходимо учитывать влияние загрязнений поверхностей теплообмена (отложение накипи, сажи и т.п.) на величину k. Для этого нужно знать толщину слоев и коэффициенты теплопроводности загрязнений на внутренних и наружных поверхностях. В случае отсутствия этих данных учет влияния загрязнения поверхностей на теплопередачу осуществляют введением коэффициента j. (2.9) В большинстве случаев j = 0,7…0,8. При определении коэффициента теплопередачи (2.8) необходимо знать коэффициенты теплоотдачи с обеих сторон теплопередающей поверхности. Для водо-водяных теплообменников коэффициенты теплоотдачи с обеих сторон стенки труб определяются с использованием уравнений подобия. При использовании пара в качестве греющего теплоносителя коэффициент теплоотдачи при конденсации определяется по размерным зависимостям. Среднелогарифмический температурный напор определяем по уравнению , (2.10) где и – больший и меньший температурный напор на входе и выходе теплоносителей; В зависимости от направления движения теплоносителей следует различать аппараты: прямого тока, противоточные, переменного тока, со сложным направлением движения теплоносителей. При прямоточной схеме движения теплоносителей при противотоке и определяются путем сравнения разностей и . При перекрестном движении теплоносителей предварительно определяют среднелогарифмический температурный напор, как для противоточной схемы . Затем вычисляют вспомогательные величины P и R по уравнениям . Далее по графикам [5] находят поправку , учитывающую влияние сложности схемы на величину . Значение среднего температурного напора определяют по формуле . Поверхность теплообмена кожухотрубчатого теплообменного аппарата равняется сумме поверхностей труб трубного пучка , (2.11) где – средний диаметр трубы; l – длина трубы; n – количество трубок на один ход; m – число ходов теплоносителя, движущегося внутри труб. Скорость теплоносителей предварительно принимается в пределах 0,5…2,0 м/c воды и 5…18 м/с для пара. По формуле (2.11) определяется длина теплообменного аппарата.
Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 243; Нарушение авторских прав Мы поможем в написании ваших работ! |