Движущая сила теплообмена

Расчет температурного режима теплообменного аппарата состоит из определения средней разности температур, вычисления средних температур теплоносителей (рабочих сред), а также определения температуры стенок аппарата.

При расчете температурного режима теплообменника необходимо сначала установить характер изменения температуры теплоносителей, выбрать схему их движения так, чтобы получить большую среднюю разность температур. Это обеспечивает самые благоприятные условия теплопередачи и минимальную температуру стенок аппарата.

Направления движения теплоносителей могут быть прямоточными, противоточными, с перекрестным и смешанным токами. Лучшие результаты дает противоточное движение, поэтому во всех теплообменных аппаратах, где это возможно, создают противоток движения теплоносителей.

Прямоток

Противоток

Прямоток – параллельное движение теплоносителей в одном направлении (рисунок 125). Для определения находим разность температур на концах теплообменника:

; , (9.21)

где и начальная и конечная температуры первой среды, град; и второй среды, град.


Рисунок 125 - Прямоточное движение теплоносителей	Рисунок 126 - График изменения температуры среды при прямотоке.

Затем находим отношение большей разности температур к меньшей. Если температура рабочих сред вдоль поверхности теплообмена F изменяется незначительно, т.е. отношение , то среднюю разность температур определяют как среднее арифметическое из температурных разностей:

, (9.22)

Если (рисунок 126), то среднюю разность температур определяют как среднее логарифмическое по уравнению

, (9.23)

Противоток – параллельное движение теплоносителей в противоположных направлениях. Среднюю разность температур противотока можно определить в той же последовательности, что и для прямотока:

Рисунок 127 - Смешанное движение теплоносителей

Затем используют формулы (9.22) и (9.23).

Для сложных схем движения теплоносителей, т.е. при перекрестном и смешанном токах (рисунок 127) нужно определить среднюю разность температур так же, как при противотоке, а затем ввести поправочный коэффициент .

Температура стенки аппарата определяется аналитическим и графическим способами и зависит от средних температур рабочих сред и условий теплообмена. Для ее определения используем уравнение

, (9.25)

где - удельная тепловая нагрузка или плотность теплового потока, Вт/м; K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м град); - средняя разность температур или температурный напор, град; - коэффициент теплоотдачи от горячей среды к стенке, Вт/(м град); Т –средняя температура горячей среды, град; и температура стенки соприкасающейся с горячей и холодной водой, град; – коэффициент теплоотдачи к холодной среде, Вт/(м² град); t – средняя температура холодной среды, град. Тогда