Сравнительная оценка и выбор рациомального режима работы теплообменников

Повышение эффективности теплообменных аппаратов возможно за счет использования новых конструкций, позволяющий при одинаковых поверхностях теплообмена и равных режимных параметрах, теплофизических свойствах теплоносителей, температурных напоров получить больший тепловой поток. Однако интенсификация теплообмена всегда сопровождается ростом гидравлического сопротивления, т.е. увеличением затрат мощности на продвижение теплоносителя в аппарате, а, следовательно, и эксплуатационных расходов.

Кроме того, соотношение между интенсивностью теплообмена и гидравлическим сопротивлением зависит от числа Рейнольдса.

В качестве основных характеристик поверхности теплообмена рассматривается тепловой поток Q, затраченная мощность N и площадь теплообменника F. Возможны три варианта сравнения: по тепловому потоку (при одинаковой мощности и площадях); по мощности (при одинаковых тепловых потоках и мощностях) и, соответственно, три критерия эффективности: по тепловому потоку K_q, по мощности K_n, по площади K_f.

Тепловой поток и потерянная мощность на преодоление гидравлического сопротивления канала определяются выражениями

,

.

При равных режимных параметрах, используя критериальную форму записи, можно переписать вышеприведенные зависимости в следующем форме:

,

.

Вариант сопоставления выбирается в зависимости от того, какой параметр является важнейшим для теплообменника в конкретном технологическом агрегате – передаваемый тепловой поток, затраты мощности или поверхности (компактность).

Выбрав, например, вариант сопоставления по тепловому потоку, определим K _q.

В этом случае, когда по условию поверхности теплообмена и затраты мощности равны, порядок расчета K _q следующий:

 - выбираем режимный параметр Re₂ для исследуемого канала и рассчитываем затраты мощности и тепловой поток

                              ,                           (9)

;

 - из условия равенства затрат мощности и поверхностей с учетом (6) и (8) определяем значения числа Re для эталонного канала

                      ;                     (10)

 - рассчитываем величину Q₁ и определяем критерий эффективности

.

Критерии K _n и K _f рассчитываются аналогично.

Выбирая последовательно несколько значений Re₂, определяют критерий эффективности, например, K_q от числа Рейнольдса. Оптимальный режимом будет то значение числа Re, которому соответствует наибольшее значение K _q или наименьшее значение K _n и K _f.

Блок-схема расчета эффективности приведена в приложениях.