РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

3.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Теплообменными аппаратами (теплообменниками) именуются устройства, созданные для обмена теплотой меж греющей и обогреваемой рабочими средами. Последние именуются теплоносителями.

Необходимость передачи теплоты от 1-го теплоносителя к другому появляется в почти всех отраслях техники: в энергетике, в хим, металлургической, нефтяной, пищевой и других отраслях индустрии.

Независимо от принципа деяния теплообменные аппараты РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ, применяющиеся в разных отраслях техники, обычно, имеют свои специальные наименования. Эти наименования определяются технологическим предназначением и конструктивными особенностями. Но с теплотехнической точки зрения все аппараты имеют одно предназначение – передачу теплоты от 1-го теплоносителя к другому. Последнее определяет те общие положения, которые лежат в базе термического расчета хоть какого РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ теплообменного аппарата.

В аппаратах поверхностного типа теплоносители ограничены жесткими стенами. Поверхностью нагрева именуется часть поверхности этих стен, через которые передается теплота.

Рекуперативными именуются такие теплообменные аппараты, в каких термообмен меж теплоносителями происходит через разделительную стену. При термообмене в аппаратах такового типа термический поток в каждой точке поверхности разделительной стены сохраняет неизменное РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ направление.

В большинстве рекуперативных теплообменников теплота передается безпрерывно через стену то 1-го теплоносителя к другому теплоносителю. Такие теплообменники именуются теплообменниками непрерывного деяния.

Конструкции современных рекуперативных теплообменных аппаратов поверхностного типа непрерывного деяния очень многообразны, потому в реальном учебном пособии разглядим только некие из их.

Кожухотрубные теплообменники представляют собой аппараты РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ, выполненные из пучков труб, скрепленных с помощью трубных решеток (досок) и ограниченных кожухами и крышками с патрубками. Трубное и межтрубное места в аппарате разобщены, а каждое из их может быть разбито на несколько ходов. Перегородки, созданные для ускорения и, как следует, коэффициента теплопотери теплоносителей (см. рис. 3.1). Теплообменники этого типа РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ предназначаются для термообмена: меж разными жидкостями, меж жидкостями и паром, меж жидкостями и газами. При нагреве воды паром почти всегда пар вводится в межтрубные место, а нагреваемая жидкость протекает по трубам.

а) б)

Рис. 3.1. Кожухотрубчатые теплообменники:

а) – с U – образными трубками; б) – с подвижной решеткой закрытого типа

Конденсат из межтрубного места выходит РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ к конденсатоотводчику через штуцер, расположенный в нижней части кожуха. Для компенсации температурных удлинений, возникающих меж кожухом и трубками, предусматривается возможность свободного удлинения труб за счет различного рода компенсаторов.

Кожухотрубчатые аппараты могут быть вертикальными и горизонтальными. Вертикальные аппараты имеют большее распространение, потому что они занимают меньше места и поболее РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ комфортно размещаются в рабочем помещении.

Секционные трубчатые теплообменники представляют собой разновидность трубчатых аппаратов, состоят из нескольких поочередно соединенных секций, любая из которых представляет собой кожухо-трубчатый теплообменник с малым числом труб и кожухом маленького поперечника (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Секционный водо-водяной теплообменник:

1 – вода от ТЭЦ; 2 – вода на ТЭЦ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ; 3 – из водопровода; 4 – к абоненту

В секционных теплообменниках при схожих расходах жидкостей скорости движения теплоносителей в трубах и межтрубном пространстве практически равновелики, что обеспечивает увеличение коэффициента теплопередачи по сопоставлению с обыкновенными трубчатыми теплообменниками.

Кожухи серийных секционных теплообменников изготовляют из труб длиной до 4 м, внутренним поперечником от 50 до 500 мм. Число труб в секции от РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ 4 до 450, поверхность нагрева от 0,75 до 50 м2, трубы латунные поперечником 16/14 мм.

3.2 КОНСТРУКТОРСКИЙ И Термический РАСЧЕТЫ АППАРАТОВ ПОВЕРХНОСТНОГО ТИПА

В практике встречаются два варианта термического расчета. Могут быть заданы теплопроизводительность аппарата, теплоносители и их исходные и конечные характеристики; требуется найти поверхность нагрева и конструктивные размеры аппарата. Таковой расчет именуется конструкторским. В другом РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ случае могут быть заданы конструкция и размеры аппарата, теплоносители и их исходные характеристики; требуется найти конечные характеристики теплоносителей и теплопроизводительность аппарата. Таковой расчет именуют поверочным.

Конструкторский термический расчет теплообменных аппаратов производится при их проектировании. В данном случае перед термическим расчетом нужно задаться определенной конструкцией аппарата. Расчет состоит в совместном решении РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ уравнений термического баланса и уравнения теплопередачи.

Для аппаратов, работающих без конфигурации агрегатного состояния теплоносителей (водо-водяных подогревателей), уравнение термического баланса имеет вид

Q = G1∙c1∙(t'1 – t"1)∙hN = G2∙c2∙( t"2 – t'2). (3.1)

Для аппарата с конфигурацией агрегатного состояния 1-го из теплоносителей (пароводяных)

Q = D1∙(h1 – hK)∙hN РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ = G2∙c2∙(t"2 – t'2). (3.2)

В уравнениях (3.1) и (3.2):

Q – термическая производительность, Вт;

G1 и G2 – расходы теплоносителей, кг/с;

D1 – расход теплоносителя, изменяющего агрегатное состояние пара, кг/с;

c1 и с2 – теплоемкость теплоносителей, Дж/(кг∙К);

t'1, t"1, t"2 и t'2 – исходные и конечные температуры теплоносите-

лей,°С;

h1 – энтальпия пара, Дж РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ/кг;

hK – энтальпия конденсата, Дж/кг;

hN – коэффициент, учитывающей утраты тепла в окружающую среду (hN = 0,97).

На базе этих уравнений определяют расход теплоносителей, кг/с,

G1 = Q/(c1∙(t’1 – t”1)∙hN);

G2 = Q/(c2∙(t”2 – t’2)∙hN);

D1 = Q/((h1 – hK)∙hN).

Поверхность нагрева подогревателя H, м2, находится из уравнения теплопередачи

H РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ = Q/(К∙DtСР), (3.3)

где Q – термическая нагрузка, Вт;

К – коэффициент теплопередачи Вт/(м2∙К);

DtСР – средний температурный напор меж теплоносителями,°С.

Для трубчатого теплообменника

H = p∙dСР∙L∙n∙z, (3.4)

где dСР – средний поперечник трубки;

L – длина трубки, м;

n – число трубок в одном ходу;

z – число ходов РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ.

Для пароводяных и водо-водяных подогревателей величина DtСР, °С, определяется по формуле

DtСР = (DtБ – DtМ)/ln(DtБ/DtМ), (3.5)

где DtБ и DtМ – большая и наименьшая разности температур меж теплоносителями на входе и выходе теплообменника.

Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2∙К)

K = 1/(1/a1 + dСТ/lСТ + 1/a2 + RЗАГ), (3.6)

где a1 и a2 – коэффициенты РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ теплопотери с наружной и внутренней сторон трубки, Вт/(м2∙К);

dСТ – толщина стены трубки, м;

lСТ – коэффициент теплопроводимости материала трубки, Вт/(м∙К);

RЗАГ – тепловое сопротивление загрязнений, (м2∙К)/Вт, отлагающихся на поверхности нагрева с обеих сторон

RЗАГ = d1/l1 + d2/l2, (3.7)

Где d1 и d2 – толщина слоев загрязнений РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ, м;

l1 и l2 – коэффициенты теплопроводимости слоев загрязнений, Вт/(м∙К).

При расчетах теплообменников можно принимать значения толщины слоя загрязнения накипью в согласовании с табл. 3.1. Коэффициенты теплопроводимости материала трубок и загрязнений можно принимать последующими:

- латунные трубки – l = 105 Вт/(м∙К);

- железные трубки – l = 58 Вт/(м∙К);

- загрязнения – l = 2,3 Вт РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ/(м∙К).

Таблица 3.1

Толщина слоя загрязнения накипью


raschet-sroka-okupaemosti-i-effektivnosti-biznes-proekta.html
raschet-srokov-proizvodstva-rabot.html
raschet-staticheski-opredelimoj-mnogoproletnoj-balki.html