Теплообменные аппараты, их типы и схемы работы. Основы теплового расчёта

Ответ 2

72 стр теплопередачи

Теплообменные аппараты (теплообменники) - устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя к другому.

По принципу действия теплообменники подразделяются на 3 вида: рекуперативные, регенеративные и смесительные.

1) В рекуперативных теплообменниках теплоносители омывают стенку с двух сторон и обмениваются при этом теплом. Процесс теплообмена протекает непрерывно и имеет обычно стационарный характер. Стенка, кот. омывается с обеих сторон теплоносителями, наз. рабочей пов-тью теплообменника.

Рекуперативные теплообменники подразделяются на прямоточные (если теплоносители движутся параллельно в одинаковом направлении), противоточные (при противоположном направлении движения), с перекрестным током (теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях).

Рекуперативные теплообменники, предназначенные для утилизации тепла наз. регенераторами; теплообменники для рассеивания тепла горячей воды в окр. пространство наз. радиаторами.

2) В регенеративном теплообменнике одна и та же пов-ть поочередно омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При соприкосновении с горячим теплоносителем стенка аккумулирует тепло, а затем отдает его холодному теплоносителю. Для удовлетворительной работы теплообменника его рабочие стенки должны обладать значительной теплоемкостью. Характерная особенность регенеративного теплообменника - нестационарный режим теплообмена. Чтобы процесс теплообмена протекал непрерывно при одинаковой продолжительности периодов нагрева и охлаждения, теплообменник должен иметь две параллельно работающие секции.

3) В смесительных теплообменниках процесс теплообмена сопровождается перемешиванием теплоносителей, они непосредственно соприкасаются друг с другом. Поэтому смесительные теплообменники наз. также контактными. Процесс теплообмена в таком аппарате имеет стационарный характер и сопровождается испарением жидкости.

Наиболее важным фактором в рабочем процессе смесительного теплообменника явл-ся пов-ть соприкосновения теплоносителей, кот. зависит от степени дробления жидкости.

Существующие теплообменные аппараты отличаются конструкцией, формой, размерами, назначением, видами теплоносителей, но основные положения теплового расчета теплообменных аппаратов остаются общими.

Рабочий процесс теплообменника описываетсядвумя основными уравнениями:

Уравнение теплового баланса:

Q = G₁c_p₁(t₁’- t₁’’)η = G₂c_p₂(t₂’’- t₂’),

где G₁, G₂- массовые расходы горячего и холодного теплоносителей, кг/с; с_р1, с_p₂ - удельные массовые теплоемкости горячего и холодного теплоносителей, Дж/(кг·град); t₁’, t₁" - t-ры на входе и выходе горячего теплоносителя, °С; t₂’, t₂" - t-ры на входе и выходе холодного теплоносителя, °С; η - КПД теплообменника, учитывающий потери теплоты в окр. среду.

Уравнение теплопередачи: Q = kFΔt_cp,

где k - среднее значение коэф. теплопередачи в теплооьмсниом аппарате, Вт/(м²*град);

F - пов-ть теплообмена, м²;

Δt_ср - средний t-рный напор м/у теплоносителями в теплообменном аппарате, °С.

Различают конструктивный и проверочный тепловой расчет теплообменников. Цель конструктивного расчета - опр. величины рабочей пов-ти теплообменника, кот. является исходным параметром при его проектировании. При этом должно быть известно кол-во передаваемого тепла или массовые расходы теплоносителей и изм. их t-ры. Проверочный расчет выполняется для теплообменника с известной величиной рабочей пов-ти. Цель расчета состоит в опр. t-р теплоносителя на выходе из теплообменника и кол-ва передаваемого тепла.

Рабочий процесс теплообменника описываетсядвумя основными уравнениями:

Уравнение теплового баланса: Q = G₁c_p₁(t₁’- t₁’’)η = G₂c_p₂(t₂’’- t₂’), где G₁, G₂- массовые расходы горячего и холодного теплоносителей, кг/с; с_р1, с_p₂ - удельные массовые теплоемкости горячего и холодного теплоносителей, Дж/(кг·град); t₁’, t₁" - t-ры на входе и выходе горячего теплоносителя, °С; t₂’, t₂" - t-ры на входе и выходе холодного теплоносителя, °С; η - КПД теплообменника, учитывающий потери теплоты в окр. среду.

Уравнение теплопередачи: Q = kFΔt_cp, где k - среднее значение коэф. теплопередачи в теплооьмсниом аппарате, Вт/(м²*град); F - пов-ть теплообмена, м²; Δt_ср - средний t-рный напор м/у теплоносителями в теплообменном аппарате, °С.

Средний температурный напор при линейном изм. t-р теплоносителей рассчитывается как разность м/у средними t-рами теплоносителей:

Однако t-ры рабочих сред меняются не по линейному закону. Поэтому уравнение будет только приближенным и может применяться при небольших изм. t-р обеих жидкостей.