Тепловая нагрузка аппарата

· Тепло, отдаваемое более нагретым теплоносителем Q₁, затрачивается на нагрев более холодного теплоносителя Q₂и на потери в окружающую среду Q_пот.:

Q₁= Q₂+ Q_пот. (1)

· Так как Q_пот= 2-3%, то им можно пренебречь и считать:

Q₁ = Q₂ = Q (2),

где Q – тепловая нагрузка аппарата.

· Уравнение теплового баланса аппарата.

Q = G₁*(I₁_Н-I₁_К) = G₂*(I₂_К-I₂_Н) (3),

где G₁ и G₂- массовые расходы теплоносителей, кг/с;

I_1Н и I_2Н - начальные энтальпии теплоносителей, дж/кг;

I_1К и I_2К и - конечные энтальпии теплоносителей, дж/кг.

· Энтальпии теплоносителей:

I_i=c_i*q_i (4).

· Тепловой баланс аппарата при использовании теплоносителей, не изменяющих агрегатного состояния:

Q = G₁*с₁*(q_1Н-q_1К) = G₂*с₂*(q_2К-q_2Н) (6),

где с₁ и с₂ - средние удельные теплоемкости.

Тепловые балансы теплоносителя

При изменении его агрегатного состояния.

· Теплоноситель – насыщенный пар, который конденсируется и конденсат не охлаждается: q_т = q_нп =q_кт .

G_т (i_т – i_кт ) = G_т * с_рт *q_т - G_т * с_ркт *q_кт = G_т *r_т.

· Теплоноситель – пересыщенный пар, который конденсируется и конденсат не охлаждается: q_т > q_нп =q_кт

Q=Q_т –Q_кт =G_т *(i_т – i_кт )= G_т * с_рт *(q_т- q_нп)+G_т *r_т =

= G_т * с_рт *q_нп - G_т * с_рт *q_нп + G_т * с_рт *q_нп - G_т * с_ркт*q_кт=

= G_т * с_рт *q_т - G_т * с_ркт*q_кт .

· Теплоноситель – пересыщенный пар, который конденсируется и конденсат охлаждается: q_т > q_нп > q_кт:

Q=Q_т –Q_кт =G_т *(i_т – i_кт )=

G_т * с_рт *(q_т- q_нп)+G_т *r_т + G_т * с_ркт *(q_нп- q_кт) =

= G_т * с_рт *q_т - G_т * с_рт *q_нп + G_т * с_рт *q_нп -

- G_т * с_ркт*q_нп + G_т * с_ркт*q_нп - G_т * с_ркт*q_кт=

= G_т * с_рт *q_т - G_т * с_ркт*q_кт .

Основное уравнение теплопередачи.

Q = K*F*Dt_ср*t(1),

где

F - поверхность теплообмена;

Dt_ср - средний температурный напор;

t - время теплообмена;

К - коэффициент теплопередачи:

(2).

Выражения для определения коэффициента К

В зависимости от способа передачи тепла.

· При передаче тепла теплопроводностью К - это коэффициент теплопроводности l, определяемый на основе закона Фурье:

(3)

· При конвективном теплообмене К - это коэффициент теплоотдачи a, определяемый на основе закона Ньютона:

(4),

· При передаче тепла путем излучения К - коэффициент взаимного излучения с_1-2 излучающих тел:

K=с_1-2 = e_пр*K₀*10⁸ = (5),

где

К₀ - константа лучеиспускания;

e_пр = e₁ *e₂ - приведенная степень черноты;

e₁ и e₂- степени черноты излучающих тел.

Движущая сила при прямотоке теплоносителей.

Схема прямоточного движения теплоносителей.

Рис.1.

График изменения температуры среды при прямотоке.

Рис.2

· (1),

· При (Δt_макс/Δt_мин) < 2: (2).

· При : (3).

Движущая сила при противотоке теплоносителей.

Схема противоточного движения теплоносителей.

Рис.3.

График изменения температур при противотоке.

Рис.4.

· (1).

Затем используют те же соотношения (2) и (3), что и для прямотока, для определения средней движущей силы процесса.

Материалы к лекции №7

Автоматизация кожухотрубных теплообменников

Схема кожухотрубного теплообменника