Теплообменные аппараты

Интегральные уравнения теплопередачи, представленные в настоящем разделе позволяют производить расчёты теплообменных аппаратов, в част­-

ности, определять их технические характеристики при заданных параметрах теплоносителей.

Теплообменный аппарат – это устройство, в котором осуществляется теплообмен между теплоносителями или между теплоносителем и твёрдым телом.

Теплоноситель – это движущаяся жидкость или газ, используемые для переноса теплоты.

Наиболее распространены рекуперативные теплообменные аппараты, в которых два жидких теплоносителя разделены твёрдой стенкой. В них теп­лота от теплоносителя с высокой температурой передаётся теплоносителю с низкой температурой, называемому нагреваемой средой.

В большинстве случаев нагреваемой средой является воздух, исполь­зуемый для различных целей. Схема рекуперативного трубчатого теплооб­менника представлена на рис. 4.4.

Рис. 4.4

- часовой объём теплоносителя, м3/ч; , -начальная и конечная темпера­тур теплоносителя, °С; , , - те же параметры нагревае­мой среды. При такой конструкции теплооб­менного аппарата в нём происходит сложный теплообмен, при котором те­пло передаётся как теплопроводно­стью так и теплоотдачей. В этом слу­чае при расчёте аппаратуры использу­ется уравнение (4.27) с учётом, что : ∆ , (4.27) где - полный тепловой поток, Вт; ∆ - средний температурный напор; S - площадь поверхности теплопередачи, м2

 

Расчёт теплообменника обычно сводится к определению требуемой площади поверхности теплоотдачи s, которая является технической характе­ристикой аппарата. Исходными данными для расчёта являются:

- начальная и конечная температуры теплоносителя (, );

- начальная и конечная температуры нагреваемой среды (, );

- количество теплоты необходимое для подогрева нагреваемой среды Q.

Параметры , обычно задаются потребителем теплоты, а начальная температура теплоносителя регламентируется поставщиком. Тогда конеч­ная температура теплоносителя определяется из уравнения теплового ба­ланса (4.28), т.е. количество теплоты, отдаваемое теплоносителем, равно количеству теплоты воспринимаемому нагреваемой средой в ед. времени:

(4.28)

Если учесть потери теплоты в окружающую среду, то уравнение (4.28) для определения примет следующий вид:

, (4.2)

где и - объёмные теплоёмкости нагреваемой среды и теплоносителя;

- коэффициент потери теплоты (k = 0, 85 ÷ 0, 9).

При известном количестве теплоты Q, определяемой расчётом той ус­тановки (или помещения), которую обслуживает теплообменник, площадь те­плопередачи s можно вычислить по уравнению (4.27):

, м² (4.30)

где средний температурный напор подсчитывается по следующей формуле:

 

∆ ,

(4.31)

 

Эффективность работы теплообменников, наряду с площадью поверх­ности теплопередачи, определяется их конструкцией и материалом труб. Из уравнения (4.9) следует, что для обеспечения большего значения термиче-

ской проводимости , а следовательно и теплового потока, нужно использо­вать тонкостенные трубы изготовленные из теплопроводных материалов.