Главная Процесс переноса теплоты



потерь теплоты запишется как

dQ =-Gidh=G2!dk (19-3)

или для конечного изменения энтальпии

<3=Gi(iWi) =G2(JW2); (19-4)

здесь и в дальнейшем индекс «1» означает, что данная величина отнесена к горячей жидкости, а индекс «2» - к холодной. Обозначение () соответствует данной величине на входе в теплообменник, (") - на выходе.

Полагая, что Cp=consl и di=Cpdt, предыдущие уравнения можно записать так:

dQ = Gcdt; (19-1)

Q=Gcp(r-f); (19-2)

Q = GiCp,(/i-/",) =02Срг(Г2-Гг). (19-4)

Удельная теплоемкость Ср зависит от температуры. Поэтому в практических расчетах в уравнение (19-4) подставляется среднее значение изобарной теплоемкости в интервале температур от f до t".

В тепловых расчетах часто пользуются понятием полной теплоемкости массового расхода теплоносителя в единицу времени, определяемой выражением

C=Gcp (19-5)

я измеряющейся в Вт/К.

В литературе величину С называют также водяным эквивалентом. Из уравнения (19-4) следует, что

С, гм.

Последнее уравнение указывает на то, что отношение изменений температур однофазных теплоносителей обратно пропорционально отношению их расходных теплоемкостей (или водяных эквивалентов). Нетрудно видеть, что при изменении агрегатного состояния теплоносителя температура его сохраняется постоянной и ы будет равно нулю. Следовательно, для такого теплоносителя теплоемкость массового расхода С=СХ!.

Соотношение (19-6) справедливо как для конечной поверхности теплообмена F, так и для любого элементарного участка dF, т. е.

Уравнение теплопередачи служит чаще всего для определения поверхностн теплообмена и записывается как

Q=k(U-h)F, (19-7)

где k-коэффициент теплопередачи; U и fe - соответственно температуры первичного и вторичного теплоносителей; F - величина поверхности теплопередачи; Q измеряется в ваттах.

Уравнение (19-7) справедливо в предположении, что ti и остаются постоянными по всей поверхности теплообмена, однако эти условия выполняются только в частных случаях. В общем случае ti и /г изме-



няются по поверхности и, следовательно, изменяется и температурный напор At=ti-4. Изменяется и коэффициент теплоотдачи по поверхности теплообмена. Величины At и k можно принять постоянными только в пределах элементарной площадки поверхности теплообмена dF. Следовательно, уравнение теплопередачи справедливо лишь в дифференциальной форме для элемента поверхности теплообмена;

dQ=kAtdF. (19-8)

Общий тепловой поток через поверхность теплообмена определится интегралом

Q = kAtdF- (19-9)

Для решения последнего уравнения необходимо знать закон изменения Д/ и А по поверхности. Коэффициент теплопередачи А, Вт/(м2-К), в большинстве случаев изменяется незначительно и его можно принять постоянным. Для случаев, когда коэффициент теплопередачи существенно изменяется на отдельных участках поверхности теплообмена, его усредняют:

Приняв таким образом постоянное значение коэффициента теплопередачи по всей поверхности, уравнение (19-9) можно записать в виде

Q=kAtdF. (19-11)

Если последнее уравнение умножить и разделить на F, то получим: Q=k-~JAtdFF=kAfF; (19-12)

здесь Q измеряется в ваттах.

Выражение (19-12) является вторым основным уравнением при тепловом расчете теплообменных аппаратов и называется уравнением теплопередачи.

При конструктивном расчете теплообменных устройств тепловая производительность Q, Вт, задается; требуется определить величину поверхности теплообмеиа F. Последняя найдется из уравнения (19-12)

f = .

Из этого уравнения следует, что при нахождении поверхности теплообмена задача сводится к вычислению коэффициента теплопередачи Е и усредненного по всей поверхности температурного напора At.

Для плоской стенки, например, коэффициент теплопередачи, нз.ме-ряемый в Вт/(м2К), находится из уравнения

= , , •




Коэффициенты теплоотдачи ai и цг могут учитывать не только kohi-вективную теплопередачу, но и теплопередачу излучением. В этом случае, например, cu=a„i-(-api.

Член в знаменателе представляет собой полное термическое

сопротивление теплопроводности твердой стенки, разделяющей теплоносители. Разделяющая стенка может быть как многослойной, так и однородной.

При рассмотрении характера изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена могут быть случаи, когда изменяются монотонно температуры обоих теплоносителей (в частности, температура одного теплоносителя может оставаться постоянной) . Могут встречаться случаи, когда температура одного теплоносителя изменяется монотонно, а другого - ступенчато, что бывает, например, в кипящих экономайзерах парогенераторов. Температура горячих газов изменяется непрерывно, а температура подогреваемой воды в зоне подогрева монотонно повышается, а в зоне кипения практически остается постоянной.

При рассмотрении теплообменных аппаратов с непрерывно изменяющейся температурой теплоносителей следует различать аппараты:

1) прямого тока; 2) противо-точные; 3) перекрестного тока; 4) со сложным направлением движения теплоносителей (смешанного тока).

Если в теплообменном аппарате первичный (горячий) и вто-

Рис 19-1, Схемы движения теплоносителей

в теплообменниках.

а - прямоток: 6 - противоток; в - перекрестный, ток: е -смешанная схема; д - многократный перекрестный ток.


Рис. 19-2. Характер изменения температуры! теплоносителей прн прямотоке и противотоке в зависимости т соотношения Ci и Сг.

ричный (холодный) теплоносители протекают параллельно в одном Направлении, то такая схема движения называется прямотоком (рис. 19-1,а). Если теплоносители протекают параллельно, но в противоположных направлениях, то такая схема движения называется противотоком (рис. 19-1,6). Если жидкости протекают во взаимно перпендикулярных направлениях, то схема движения называется поперечным током (рис. 19,е). Помимо таких простых схем движения, на практике осуществляются и более сложные: одновременно прямоток и противоток (рис. 19-1,г), многократно перекрестный ток (рис. 19-1,6) и др.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 [147] 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161


0.0112