Теоретические основы работы.

Лабораторная работа № 7

Исследование работы теплообменного аппарата

Содержание работы: Испытание теплообменного аппарата на различных режимах работы с целью определения его тепловой мощности, коэффициентов теплопередачи, тепловой эффективности и числа переноса единиц на каждом из режимов.

Теоретические основы работы.

Теплообменным аппаратом называется техническое устройство, в котором горячий теплоноситель отдает теплоту холодному теплоносителю.

В качестве теплоносителя в тепловых аппаратах используются разнообразные, капельные и газообразные жидкости в самом широком диапазоне давлений и температур.

По принципу действия тепловые аппараты делятся на рекуперативные, регенеративные и сместительные.

В рекуперативных теплообменных аппаратах передача теплоты от нагревающей жидкости к нагреваемой происходит через твердую разделительную стенку. К таким теплообменным аппаратам относятся паровые котлы, радиаторы, пароперегреватели, поверхностные конденсаторы.

В регенеративных аппаратах горячий теплоноситель отдает свою теплоту аккумулирующему, которое, в свою очередь переодически отдает теплоту второй жидкости – холодному теплоносителю. т.е. одна и та же поверхность нагрева омывается то горячей, то холодной жидкостью.

В сместительных аппаратах передача теплоты от горячего к холодному теплоносителю происходит при непосредственном смешивании обоих теплоносителей (смесительные конденсаторы).

В теплообменных аппаратах движение жидкости осуществляется по трем основным схемам.

Прямоток – направление жидкости горячего и холодного теплоносителя совпадают (Рис. 1а).

Противоток – направление движения горячего теплоносителя противоположно движению холодного теплоносителя (Рис. 1б).

Поперечный ток – горячий теплоноситель движется перпендикулярно движению холодного теплоносителя (Рис. 1 в).

а) б) в)

1 1

2 2

Рис.1

Основными расчетными уравнениями теплообмена при стационарном режиме являются теплоотдачи и уравнение теплового баланса:

уравнение теплопередачи

Q = K× F (T₁-T₂)₁

где Q – тепловой поток, Вт; К – средний коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К); F – площадь поверхности теплообмена в аппарате, м²; Т₂ – соответственно температуры горячего и холодного теплоносителей, К; уравнение теплового баланса при условии отсутствия тепловых потерь и фазовых переходов

Q = m₁D1₁ = m₂D1₂, или

Q = V₁p₁× Cp₁(T₁ – ) = V₂ × p₂ × Cp₂(T₂ – ),

где V₁p₁ и V₂p₂ – массовые расходы теплоносителей; кг/с;

Ср₁ и Ср₂ – удельные теплоемкости жидкостей в интервале температур от Т¹ до Т¹¹;

Т₁ и Т₂ – температуры жидкостей при входе в аппарат;

- температуры жидкостей при выходе из аппарата.

Произведение V×p×Cp=W – называется водяным (условным) эквивалентом.

Уравнение теплового баланса может быть представлено в следующем виде:

При проектировании новых теплообменных аппаратов целью теплового расчета является определение площади поверхности теплообмена, а если последняя известна, то целью расчета является определение конечных температур рабочих жидкостей.

Тепловой поток, переданный через всю площадь поверхности F, при постоянном среднем коэффициенте теплопередачи К определяется уравнением:

где D Т_ср – средний логарифмический температурный напор по всей площади поверхности нагрева.

Величину DТ_ср называют среднелогарифмическим температурным напором.