Типы теплообменных аппаратов. Расчетные уравнения. Виды теплового расчета теплообменников.

Методические указания

Теплообменные аппараты (теплообменники) – это устройства, предназначенные для передачи теплоты от одной среды (жидкости или газа) к другой, т.е. нагревания одного теплоносителя за счет охлаждения другого. В электронагревателях и реакторах происходит внутреннее выделение тепла в самом аппарате, которое идет на нагрев теплоносителя.

Теплообменники с двумя теплоносителями в зависимости от способа передачи теплоты от одного теплоносителя к другому делятся на: рекуперативные, регенеративные, смесительные и с промежуточным теплоносителем.

Приступая к изучению основ расчета теплообменных аппаратов, студент должен:

· обратить внимание на способы интенсификации процесса теплообмена в теплообменниках;

· понять методику вывода формулы среднего температурного напора для рекуперативных теплообменников;

· знать ограничения, допущенные при выводе формулы;

· уметь рассчитывать теплообменники при различных схемах движения теплоносителей (противоток и прямоток, перекрестный ток);

· анализировать полученные результаты.

Общее уравнение при расчете теплообменника любого типа – это уравнение теплового баланса (уравнение сохранения энергии).

Тепловой поток , отданный в теплообменнике горячим теплоносителем (индекс 1) при его охлаждении от температуры  до , равен

,

где - массовый расход теплоносителя.

Несколько процентов (от 1% до 10%) от  теряется в окружающую среду через стенки теплообменника, а основная часть  (КПД теплообменника  учитывает потери) передается второму теплоносителю (индекс 2).

Тепловой поток, получаемый холодным теплоносителем, равен

      .       

Уравнение теплового баланса позволяет найти один неизвестный параметр: либо расход одного из теплоносителей, либо одну из температур. Все остальные параметры должны быть известны.

Поверхность , необходимая для передачи теплового потока  от горячего теплоносителя к холодному, определяется из уравнения

В расчете нужно использовать среднеинтегральную по длине теплообменника разность температур теплоносителей:

Если ввести  и  - перепады температур между теплоносителями на концах теплообменника, то в прямоточном теплообменнике значение  равно разности температур теплоносителей на входе, а  - на выходе; а в противоточном теплообменнике при движении теплоносителей навстречу друг другу значения  на концах определяются по разности температур на входе греющего и выходе нагреваемого теплоносителя.

При соотношении <2 для расчета используется среднеарифметическое значение .

При соотношении ≥2 для расчета используется среднелогарифмическое значение

.                                 

При перекрестном движении теплоносителей и других сложных схемах их движения при расчете  вначале определяют  для противоточного движения, а затем вводят поправки, взятые из справочника.

Виды теплового расчета теплообменников – конструктивный и поверочный. При конструктивном расчёте теплообменника известны начальные и конечные параметры теплоносителей, и необходимо рассчитать поверхность теплообменника. При поверочном расчёте известна конструкция теплообменника, т.е. заданы: площадь поверхности теплообмена , начальные параметры теплоносителей. Необходимо рассчитать конечные параметры, т.е. проверить пригодность данного теплообменника для технологического процесса.