2015-05-05
1655
Поверхностные теплообменники, в которых теплота от одного теплоносителя передается к другому через разделяющую их стенку из теплопроводного материала, называются рекуперативными. По виду взаимного направления потоков теплоносителей различают теплообменники прямоточны е (обатеплоносителя движутся параллельно в одном направлении), противоточные (оба теплоносителя движутся в противоположных направлениях), с перекрестным током одно и многократным (оба теплоносителя движутся во взаимно перпендикулярных направлениях) и со сложными схемами движения. Окончательная схема теплообменника выбирается после теплового и гидромеханического расчетов различных вариантов и их сравнительной оценки с учетом всех требований.
Различают конструктивный и поверочный расчеты теплообменника. В первом случае целью расчета является определение поверхности теплообмена и основных размеров теплообменника. Во втором случае определяют тепловой поток и конечные температуры (энтальпии) теплоносителей для теплообменника с заданной поверхностью теплообмена и размерами.
12.1. Тепловой расчет теплообменников
А. Уравнение теплового баланса теплообменника выражает равенство теплоты, отданной греющим теплоносителем, и теплоты, воспринятой нагреваемой средой, с учетом тепловых потерь в окружающую среду коэффициентом η.
Для теплообменников без изменения агрегатного состояния теплоносителей
(12.1)
где Q - тепловой поток, Вт; m - массовый расход теплоносителя, кг/с; c - удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг-К); 
и 
- температуры теплоносителя соответственно на входе и выходе из теплообменника.
При изменении агрегатного состояния одного из теплоносителей
(12.2)
где h' и h" - энтальпии теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, Дж/кг.
Для испарителей, где греющий насыщенный пар превращается при охлаждении в конденсат, а нагреваемая жидкость входит с температурой 
и доводится до состояния сухого насыщенного пара (без учета потерь тепла с продувкой).
(12.3)
где 
, 
-энтальпия греющего пара и его конденсата (находятся потабл. 4 и 3 приложения); t2s и r - температура насыщения и теплота парообразования нагреваемой жидкости.
Для конденсаторов, где перегретый пар, охлаждаясь, переходит в состояние насыщения с последующим охлаждением конденсата до температуры 
на выходе, а охлаждающая жидкость (например, вода) меняет своего агрегатного состояния,
(12.4)
где 
и 
- удельные теплоемкости перегретого пара и его конденсата; 
и 
-температуры перегретого пара и насыщения при Данном давлении; с2 - удельная теплоемкость охлаждающей жидкости, нагревающейся в конденсаторе от 
до.
Б. Уравнение теплопередачи:
через плоскую стенку с площадью поверхности теплообмена F
(12.5)
через цилиндрическую стенку длиной l
(12.5)
через шаровую стенку
(12.5)
Коэффициенты теплопередачи k, kl, kш определяются соответственно по формулам (1.12), (1.20), (1.28).
Средний температурный напор 
между двумя теплоносителями по поверхности теплообмена определяется следующими способами.
