Определение проходных сечений и скоростей теплоносителя

Зачастую для определения числа Re или проходных сечений Rе= .

Кожухотрубные аппараты: d_э= 4 площади поперечного сечения к смоченному параметру ν.

Если поток течет внутри трубок, то d_э=d_вн, а если в межтрубном пространстве то d_э= эквивалентному диаметр межтрубного пространства.

_t

Скорость потока: N_х- число трубок в одном ходе,шт..

Все физические параметры теплоносителя, входящие в число Re. зависят от t и очень слабо от Р, средней t:

 

 

№ 18

Регенеративные теплообменники, конструкции, принцип действия и основы теплового расчёта

Регенеративные теплообменники – т/о аппараты, в которых процесс передачи от горячего теплоносителя к холодному во времени разделяется на 2 периода. В течение первого периода через аппарат протекает горячий теплоноситель, теплота которого передаётся стенкам и аккумулируется в них. При этом теплоноситель охлаждается, а стенки аппарата нагреваются - период нагревания. В течение второго периода через аппарат протекает холодный теплоноситель, который отнимает аккумулированную в стенках теплоту. При этом теплоноситель нагревается, а стенки охлаждаются - период охлаждения. Таким образом, в регенеративных аппаратах горячий и холодный теплоносители протекают в одном и том же канале и попеременно омывают одну и ту же поверхность нагрева, процесс передачи тепла нестационарен. По мере нагревания и охлаждения температура стенки меняется. Вместе с изменением температуры стенки изменяется во времени и температура теплоносителя. Кроме изменения во времени вся температура в регенераторах изменяется также и вдоль поверхности нагрева.

Характер изменения температуры поверхности насадки регенератора (температурное кольцо) за период нагревания стенки t_w1 и период охлаждения её t_w2. В качестве расчётного интервала времени берётся длительность цикла τ₀=τ₁+τ₂ и уравнение теплопередачи: Q_ц=K_ц∙(t₁-t₂ ), где

К_ц- коэффициент теплопередачи цикла,

α₁ - суммарный коэффициент теплоотдачи за период нагревания;

α₂ - суммарный коэффициент теплоотдачиза период охлаждения;

τ₁; τ₂ - периоды нагревания и охлаждения;

Е_к - поправочный коэффициент; Е_к=0,8;

Дальнейший расчёт регенераторов м.б. произведён по формулам для рекуперативных т/о аппаратов.

Основными расчётными уравнениями являются:

уравнение теплопередачи:

Q=k_ср∙F_cp∙Δt_ср= k_ср∙F_ср∙(t₁- t₂), где

k_ср - коэффициент теплопередачи, Вт/м² К;

Δt_ср-средний температурный напор, °С;

уравнение теплового баланса:

Q₁= Q₂ + ΔQ

Количество теплоты, отданное горячим теплоносителем: Q₁ = M₁∙C_p1∙ ();

Количество тепла, воспринятое холодным теплоносителем:Q₂=М₂∙С_р2(), где

t₁ – температура холодного теплоносителя, ⁰С;

t₂ – температура горячего теплоносителя, ⁰С;

ΔQ-потери теплоты в окружающую среду, Вт;

С_р1, С_р2 - удельные массовые средние изобарные теплоёмкости теплоносителей, Дж/(кг∙K);

- начальная и конечная температура горячего теплоносителя;

-начальная и конечная температура холодного теплоносителя;

В тепловых расчётах важное значение имеет понятие так называемого водяного эквивалента теплоносителя W, который представляет собой полную теплоёмкость массового расхода теплоносителя, т.е W= M∙C_р=ρ∙ω∙f∙с_р, Вт/К, где

ω-скорость теплоносителя, м/с;

ρ-плотность теплоносителя, кг/м³;

f-площадь сечения канала, м²;

Смысл этого понятия состоит в том, что его числовая величина определяет как бы количество воды, равноценное по теплоёмкости расходу рассматриваемого теплоносителя в единицу времени. Для чистого теплообменного аппарата коэффициент теплопередачи.

Для чистого т/о аппарата коэффициент теплопередачи, Вт/м²∙К k=

α₁ - коэффициент теплоотдачи со стороны горячей среды, Вт/м²∙ К;

α₂ - коэффициент теплоотдачи со стороны холодной среды, Вт/м²∙К;

δ_i-толщина слоёв стенки трубы, м;

λ_i -коэффициент теплопроводности слоёв стенки, Вт/м∙К.

 

№ 19

Тепломассообменные установки контактного (смешивающего) типа. Конструкции, принцип действия, режимы эксплуатации, основы теплогидравлического расчёта

 

В тепломассообменном аппарате контактного (смесительного) типа процессы тепломассообмена протекают при непосредственном соприкосновении двух и более теплоносителей. Тепловое производство контактного аппарата определяется поверхностью соприкосновения теплоносителей. Поэтому в конструкции аппарата предусматривается разделение потока жидкости на мелкие капли, струи, плёнки или газового потока на мелкие пузырьки. Передача теплоты в них происходит не только путём кондуктивной теплопередачи, но и путём обмена массой, причём путём массопередачи возможен даже переход теплоты от холодного теплоносителя к горячему. (Например, при испарении холодной воды в горячем газе теплота испарения переносится от жидкости к газу.) По направлению потока массы контактные теплообменники м.б. разделены на 2 группы:

1. аппарат с конденсацией пара из газовой фазы, При этом происходит осушка и охлаждение газа и нагревание жидкости (конденсаторы).

2. аппараты с испарением жидкости в потоке газа. При этом увлажнение газа сопровождается его охлаждением и нагреванием жидкости или его нагреванием и охлаждением жидкости (градирни).

По принципу диспергирования жидкости контактные аппараты могут быть насадочные, каскадные, барботажные, полые с разбрызгивателями и струйные.

1) каскадный – в полом, вертикальном цилиндре установлены на определённом расстоянии одна от другой (350- 500мм) плоские перфорированные полки в виде сегментов. Охлаждающая жидкость подаётся в аппарат на верхнюю полку. Основная масса жидкости вытекает через отверстия в полке тонкими струями, меньшая её часть переливается через борт на нижележащую полку. Пар для конденсации подаётся через патрубок-1 в нижней части конденсатора и движется в аппарате противотоком к охлаждающей жидкости. Жидкость вместе с конденсатом

выводится через нижний патрубок аппарата -2 и барометрическую трубу, а воздух отсасывается через верхний патрубок- 3 вакуум-насосом.

2) барботажные аппараты применяют для нагревания воды паром, выпаривания агрессивных жидкостей, содержащих шламы, взвеси. Принцип работы состоит в том, что перегретый пар или горячие газы, поступающие в погружённые барботёры, диспергируются в пузырьки, которые при всплытии отдают теплоту жидкости и одновременно насыщаются водяным паром. Чем больше пузырьков образуется в растворе, тем лучше структура барботажного слоя, и тем больше межфазная поверхность.

3) полые контактные теплообменники (с разбрызгивателями) применяются при конденсации паров, охлаждении, сушке и увлажнении газов, упаривании и сушке растворов, нагревании воды.

4) струйный (эжекторный) аппарат применяется редко и только при конденсации паров. Достоинство - компактность по сравнению с другими смешивающими. Для их работы не обязательны откачивающие воду и воздушный насосы, т.к. на выходе из диффузора давление смеси несколько выше атмосферного. Вместе с тем в конденсаторе несколько повышен расход охлаждающей воды, т.к. получающаяся температура смеси обычно значительно ниже температуры насыщения при давлении в конденсаторе: нагрев воды составляет 8- 11 ⁰С.

Струйный Каскадный

Барботажный

Полый

 

 

№ 20