Тепловые балансы

Тепло, отдаваемое более нагретым теплоносителем Q₁, затрачивается на нагрев более холодного теплоносителя Q₂, и некоторая часть тепла расходуется на компенсацию аппаратом потерь тепла в окружающую сре­ду Q_n. Величина тепловых потерь для изолированных теплообменных ап­паратов не превышает 3 - 5 % полезно используемого тепла. Тепловая на­грузка на аппарат определяется следующим образом:

 

Величиной Q_n вследствие ее малости в предварительных расчетах обычно пренебрегают.

При известных расходах и энтальпиях теплоносителей уравнение теп­лового баланса имеет вид

 

Если теплообмен протекает без изменения агрегатного состояния теп­лоносителей, то энтальпии теплоносителей определяются по формулам:

Если теплообмен осуществляется при изменении агрегатного состояния одного из теплоносителей или в процессе теплообмена протекают химиче­ские реакции, сопровождающиеся тепловыми эффектами, то в тепловом балансе должно быть учтено тепло, выделяющееся при физическом или химическом превращении.

 

Так при конденсации перегретого пара тепло, отдаваемое теплоносите­лем, включает в себя теплоту, отдаваемую паром при его охлаждении до состояния насыщения, теплоту конденсации и теплоту, отдаваемую обра­зовавшимся конденсатом:

При обогреве насыщенным паром, если конденсат не охлаждается, пер­вый и третий члены правой части уравнения из теплового баланса исклю­чаются.

От количества передаваемого тепла зависят размеры теплообменного аппарата. Основным размером теплообменного аппарата является тепло-передающая поверхность (поверхность теплообмена).

Связь между количеством передаваемого тепла в аппарате и поверхно­стью теплообмена определяется основным кинетическим уравнением про­цесса теплообмена. Это уравнение, записанное в виде

 

называется основным уравнением теплопередачи.

Из этого уравнения определяется поверхность теплообмена:

Для установившегося процесса теплообмена основное уравнение теп­лопередачи имеет вид

Среднюю разность температур между теплоносителями ∆Т_т рассчиты­вают по начальным и конечным температурам теплоносителей, участвую­щих в теплообмене.

Определение коэффициента, являющегося коэффициентом скорости теплового процесса, представляет наибольшие трудности при расчете теп­лового аппарата. Коэффициент теплопередачи зависит от режима, скоро­стей течения и физических свойств теплоносителей, геометрических ха­рактеристик теплообменного аппарата.

Определение кинетических характеристик теплового процесса - сред­ней разности температур и коэффициента теплопередачи - является ос­новной задачей теплопередачи, как науки о процессах распространения тепла из одной части пространства в другую.