1. 6. Порядок теплового расчета та

Заданными являются площадь поверхности теплопередачи и любая пара температур из набора

1. Задают значение еще одной концевой температуры; например: если заданы , то задают значение по условиям эксплуатации или технологий.

2. Определяют значение неизвестной концевой температуры из уравнения теплового баланса:

3. Рассчитывают средний температурный напор противоточной схемы тока для заданных значений температур.

4. Находят коэффициенты теплоотдачи: от греющего теплоносителя к стенке, разделяющей теплоносители, и от стенки к нагреваемому теплоносителю, а также коэффициент теплопередачи.

5. По уравнению теплопередачи определяют требуемую для обеспечения температур площадь поверхности теплопередачи

а затем коэффициент запаса

Если >1, то расчет заканчивают, если < 1, то назначают новые, скорректированные по результатам выполненного расчета значения концевых температур и расчет повторяют вновь до получения > 1.

Корректировка заключается в уменьшении перепадов температур

и

1. 7. Расчет та по методу тепловой эффективности

Тепловой эффективностью называют отношение теплового потока рассматриваемого аппарата к тепловому потоку , который может передать греющий теплоноситель в идеальных условиях, т.е. в случае бесконечно большого коэффициента теплопередачи в рассматриваемом аппарате или в случае передачи теплоты в теплообменнике с бесконечно большой площадью поверхности теплопередачи. При тепловая эффективность:

Принято, что в идеальном теплообменнике греющий теплоноситель характеризуется наименьшим значением теплоемкости массового расхода и имеет максимально возможный перепад температур. Даже в случае равновесного теплообмена без потерь энергии греющий теплоноситель не может охладиться ниже температуры на входе нагреваемого теплоносителя, поэтому :

Соотношение между полными теплоемкостями массовых расходов теплоносителей устанавливают в зависимости от функционального назначения аппарата. В нагревателях требуется получить как можно большую разность температур нагреваемого теплоносителя

поэтому для нагревателей и . В охладителях, наоборот, требуется обеспечить наибольшее охлаждение греющего теплоносителя и получить как можно большую разность температур , поэтому и

С учетом изложенного тепловая эффективность :

где - для нагревателей;

- для охладителей.

1. 8. Гидромеханический расчет та

Между теплопередачей и потерей давления существует тесная физическая и экономическая связь. Чем больше скорости теплоносителей, тем выше коэффициент теплопередачи и тем компактнее для заданной тепловой производительности теплообменник, а следовательно, меньше капитальные затраты. Но при этом растет сопротивление потоку и возрастают эксплуатационные затраты. При проектировании теплообменных аппаратов необходимо решать совместно задачу теплообмена и гидравлического сопротивления и найти наивыгоднейшие характеристики.

Основной задачей гидромеханического расчета теплообменных аппаратов является определение потери давления теплоносителя при прохождении его через аппарат. Так как теплообмен и гидравлическое сопротивление неизбежно связаны со скоростью движения теплоносителей, то последняя должна выбираться в некоторых оптимальных пределах, определяемых, с одной стороны, стоимостью поверхности теплообмена аппарата данной конструкции, а с другой - стоимостью затрачиваемой энергии при эксплуатации аппарата.

Гидравлическое сопротивление в теплообменных аппаратах определяется условиями движения теплоносителей и особенностями конструкции аппарата.

Из сказанного следует, что данные гидромеханического расчета являются важным фактором в оценке рациональности конструкции теплообменных аппаратов.

Опыты указывают на то, что даже в самых простых теплообменных аппаратах структура потока теплоносителя очень сложна. В силу этого в подавляющем большинстве случаев гидравлическое сопротивление в ТА можно рассчитать только приближенно.

В зависимости от природы возникновения движения гидравлические сопротивления движению теплоносителей различают как сопротивления трения, которые обусловлены вязкостью жидкости и проявляются лишь в местах безотрывного течения, и местные сопротивления. Последние обуславливаются различными местными препятствиями движению потока (сужение и расширение канала, обтекание препятствия, повороты и др.). Сказанное справедливо для изотермического потока, однако если движение теплоносителя происходит в условиях теплообмена и аппарат сообщается с окружающей средой, то будут возникать дополнительные сопротивления, связанные с ускорением потока вследствие неизотермичности, и сопротивление самотяги. Сопротивление самотяги возникает вследствие того, что вынужденному движению нагретой жидкости на нисходящих участках канала противодействует подъемная сила, направленная вверх.

Таким образом, полный перепад давления, необходимый при движении жидкости или газа через теплообменник, определится формулой:

где - сумма сопротивления трения на всех участках поверхности теплообмена (каналов, пучков труб, стенок и др);

- сумма потерь давления в местных сопротивлениях;

- сумма потерь давления, обусловленных ускорением потока;

- суммарная затрата давления на преодоление