Определение поверхности теплообмена. Основные уравнения теплового расчета аппаратов

Основные уравнения теплового расчета аппаратов

Основные уравнения – уравнения теплового баланса, уравнения теплообмена, которые решаются совместно:

а) уравнение теплового баланса чаще всего служит для определения тепловой нагрузки

G – расход однофазной рабочий среды, ;

,

- средняя теплоёмкость в данном температурном интервале;

- начальные и конечные температуры рабочей среды.

Если тепло от более нагретого теплоносителя, для которого известны и , передаётся к менее нагретому теплоносителю с и , то уравнение теплового баланса без учёта потерь тепла будет:

или с помощью w = . Проинтегрируем:

Q=, откуда:

, т.е изменения температур однофазных рабочих сред обратно пропорциональны их водяным эквивалентам.

б) Уравнение теплообмена служит для определения поверхности теплообмена F.

Если температуры рабочих сред и не изменяются, то , Вт;

Однако в теплообменных аппаратах температуры рабочих сред вдоль поверхности теплообмена чаще всего не остаются постоянными. Одновременно с изменением температур рабочих сред вдоль поверхности теплообмена изменяется и разность температур, т.е. изменяется температурный напор .

В этом случае уравнение теплообмена справедливо лишь в дифференциальной форме:

или при .

(Вт.),

- средняя разность температур.

Совместное уравнение теплового баланса и теплообмена следовательно будет:

.

При решении данного уравнения следует учитывать, что

1) В наиболее общем случае следует принять, что в рассматриваемом интервале температур с и K зависят от температурных условий процесса.

2) Во многих общих случаях оказывается достаточно надёжным пользоваться данными о средней теплоёмкости рабочих сред, но остаётся необходимым считаться с изменением K в зависимости от температурных условий процесса теплообмена.

3) Но основным и наиболее частым способом определения F является способ условного усреднения значения коэффициента теплопередачи с отнесением его к некоторым средним t-рам.- tсред. При этом справедливо уравнение:

(м).

При расчетах следует помнить:

а) - разность температур между рабочими средами.

б) и - разность между конечной и начальной температурами каждой из рабочих сред в отдельности.

а) t - это движущая сила процесса теплообмена; она входит в уравнение теплообмена и характеризует при других условиях производительность теплообменного аппарата.

б) - мера изменения температуры данной рабочей среды; она входит в уравнение теплового баланса и также характеризует производительность аппарата при других условиях.