Определение тепловой нагрузки аппарата

Тепловой нагрузкой аппарата называется количество теплоты, передаваемой в аппарате от горячего теплоносителя к холодному в единицу времени Q, Дж/с (Вт).

В соответствии с заданием на проектирование горячим теплоносителем является перегретый пар, который сначала охлаждается в теплообменнике до температуры насыщения, а затем происходит его конденсация при постоянной температуре (фазовое превращение) (рис. 1.2).

Параметры насыщенного водяного пара определим по заданному давлению Р = 0,16 МПа (1,6 атм). По [2] этому заданному давлению соответствует температура пара Т _н = 112,7 ºС и скрытая теплота конденсации пара r = 2227,0·10³ Дж/кг.

Поскольку пар перегрет на 15 ºС (в соответствии с заданием на проектирование), то начальная температура перегретого пара Т _п.п = Т _н + 15 = 112,7+15 = 127,7 ºС.

Так как физическая сущность процессов охлаждения перегретого пара до состояния насыщения и конденсации насыщенного пара различна, то тепловой расчет в дальнейшем будем вести отдельно по зонам (зона охлаждения перегретого пара и зона конденсации), а окончательный выбор конструкции аппарата будем вести по суммарной площади поверхностей, определенной для каждой зоны.

Тепловая нагрузка для зоны охлаждения перегретого пара определится по уравнению [1]

, (1.2)

где – массовый расход охлаждаемого пара, кг/с; – средняя удельная теплоемкость перегретого пара, Дж/(кг·К); – температура перегретого и насыщенного пара, соответственно, ºС.

Тепловая нагрузка для зоны конденсации определится по уравнению [1]

, (1.3)

где – массовый расход конденсирующегося пара, кг/с; – скрытая теплота конденсации насыщенного пара, Дж/кг.

Средняя температура перегретого пара

ºС.

При этой температуре средняя удельная теплоемкость водяного пара Дж/(кг·К).

По уравнению (1.2)

Вт.

По уравнению (1.3)

Вт.

Сопоставляя с , приходим к выводу, что тепловая нагрузка в зоне конденсации в раза превышает тепловую нагрузку в зоне охлаждения перегретого пара.

Суммарная тепловая нагрузка может быть рассчитана по уравнению

, (1.4)

где , – тепловая нагрузка аппарата в зонах охлаждения перегретого пара и конденсации, соответственно, Вт; = 0,97 – коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду.