Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Видео:Теплопередача. Виды теплопередачи | Физика 8 класс #2 | ИнфоурокСкачать

Теплопередача. Виды теплопередачи | Физика 8 класс #2 | Инфоурок

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей.

Пусть с одной стороны стенки (рис. 17) движется с массовой ско­ростью G1 более нагретый теплоноситель, имеющий теплоемкость c1.

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Рис. 17. Изменение температуры теп­лоносителей при параллельном токе.

С другой стороны стенки в том же направлении движется более холодный теплоноситель, массовая скорость которого равна G2, а теплоемкость с2. Допустим, что теплоемкости постоян­ны и теплообмен между движущимися прямотоком теплоносителями про­исходит только через разделяющую их стенку (поверхностью F). Про­цесс теплопередачи является уста­новившимся, или непрерывным.

По мере протекания теплоносите­лей вдоль стенки их температуры будут изменяться вследствие тепло­обмена. Соответственно будет ме­няться и разность температур At между теплоносителями.

На элементе поверхности тепло­обмена dF (см. рис. 17) более нагретый теплоноситель охлаждается на dt1 град, а более холодный нагревается на dt2 град. Уравнение теплового баланса для элемента поверхности dF имеет вид

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

W1 и W2— водяные эквиваленты теплоносителей (см. стр. 262),

Знак «минус» указывает на охлаждение более нагретого теплоносителя в процессе теплообмена. Следовательно

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителейи Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Складывая эти выражения и обозначая 1/W1 + 1/W2 = т, получим

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Вместе с тем dQ = KdF Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителейt, поэтому

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Разделяем переменные и интегрируем полученное выражение в пре­делах изменения Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителейt вдоль всей поверхности теплообмена от tt2H = Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителейtН до t1Kt2K = Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителейtK и dF — от 0 до F. При этом принимаем коэф­фициент теплопередачи К величиной постоянной.

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

где Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей— начальная разность температур (на одном конце теплообменника); Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей— конечная разность температур (на противоположном конце теплообменника).

Уравнение теплового баланса для всей поверхности теплообмена

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Подставив значение m в уравнение (А), получим

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Сопоставляя выражение для Q, полученное при постоянных значе­ниях К, W1 и W2 вдоль поверхности теплообмена, с основным уравнением теплопередачи (5), заключаем, что средняя движущая сила, или средний температурный напор, представляет собой сред­нюю логарифмическую разность температур:

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Уравнение (89) является уравнением теплопередачи при прямотоке теплоносителей. С помощью уравнения (89) по заданной тепловой нагрузке Q и известным начальным и конечным температурам теплоноси­телей определяется основная расчетная величина — поверхность тепло­обмена.

Из уравнения (А) следует, что

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Следовательно, при прямотоке температуры теплоносителей изме­няются по асимптотически сближающимся кривым. Если бы температуры теплоносителей изменялись прямолинейно вдоль поверхности теплообмена, то средний температурный напор выражался бы среднеарифметической разностью температур.

При отношении разности температур теплоносителей на концах тепло­обменника ( Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей/ Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей)
Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Графики для нахождения значения поправочного множителя f, а также уравнения для аналитического определения средней разности температур (в тех случаях, когда тре­буется более точное вычисление Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей) приводятся в справочной и специальной литературе.

Следует отметить, что все приведенные выше выражения для средней движущей силы Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей, в том числе для прямотока и противотока, получены исходя из предположения о дви­жении потоков в режиме идеального вытеснения, т. е. при допущении, что все частицы движутся па­раллельно с одинаковыми скоростями, не перемеши­ваясь друг с другом.

Для уточнения расчета следовало бы учитывать влияние перемешивания на среднюю движущую силу процесса теплообмена.

Допустим, что в режиме идеального вытеснения (рис. 19) изменение температуры более холодного теплоносителя вдоль поверхности теплообмена про­исходит по кривой от t’ до t2K, температура более горячего теплоносители t1 = const (например, при обо­греве насыщенным водяным паром).

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Рис. 19. Влияние перемешива­ния на среднюю движущую силу процесса теплообмена.

В другом пре­дельном случае — режиме идеального смешения — температура более холодного теплоносителя вдоль поверхности теплообмена постоянна и равна его ко­нечной температуре: t’’=t2K=const.

В большинстве случаев распределение температур является промежуточным между указанными предельными условиями и температура более холодного теплоносителя изме­няется от t до t2K, причем t’’ > t > t’.

Таким образом, в любой точке поверхности теплообмена движущая сила, определяемая вертикальным отрезком между t1 и линией изменения температур нагреваемой жидкости, и соответственно Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителейбудут меньше, чем при идеальном вытеснении, или поршневом потоке, и больше, чем при идеальном смешении (например, для точки А на рис. 19 a’b>ab>a’’b). Однако для процессов теплопередачи методика расчета Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителейс учетом струк­туры потоков (по данным кривых отклика, см. стр. 119) еще недостаточно разработана.

При выводе формул для расчета Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителейдопускалось также, что коэффициент тепло­передачи К и теплоемкости с обоих теплоносителей не изменяются с изменением темпера­туры. В тех случаях, когда величины К и с изменяются в данном интервале температур более чем в 2—3 раза, для более точного расчета поверхности теплообмена используют метод графического интегрирования (рис. 20).

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Рис. 20. К расчету поверхности теплообмена методом графического интегрирования.

Для элементарного участка поверхности теплообмена (dF) величина К может быть принята постоянной. Тогда уравнение теплопередачи в дифференциальной форме для более нагретого теплоносителя будет иметь вид

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

и поверхность теплообмена

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

где t1 и t2 — текущие температуры более нагретого и более холодного теплоносителя соответственно; t и t1K — начальная и конечная температуры более нагретого тепло­носителя.

Принимая ряд промежуточных значений t1 в пределах от t1Н до t1K, для каждой из этих температур находят значения с, К и определяют, пользуясь уравнением теплового

баланса, температуру t2. Строя зависимость Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителейот t (рис. 20), получают кривую АВ, площадь под которой, ограниченная ординатами, соответствующими t и t1K, выражает в масштабе поверхность теплообмена F. Аналогичный расчет может быть проведен для более холодного теплоносителя.

Выбор взаимного направления движения теплоносителей.Правильный выбор взаимного направления движения теплоносителей имеет существен­ное значение для наиболее экономичного проведения процессов тепло­обмена.

Для сравнительной оценки прямотока и противотока сопоставим эти виды взаимного направления движения теплоносителей с точки зрения расхода теплоносителей и средней разности температур.

В случае прямотока (рис. 21) конечная температура более холод­ного теплоносителя t2K не может быть выше конечной температуры более нагретого теплоносителя t1K

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Рис. 21. Сравнение прямотока и противотока теплоносителей.

Практически для осуществления процесса теплообмена на выходе из теплообменника должна быть некоторая разность температур Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

При противотоке более холодный теп­лоноситель с той же начальной темпера­турой t2H, что и при прямотоке, может нагреться до более высокой температуры t’2K, близкой к начальной температуре t более нагретого теплоносителя. Это поз­воляет сократить расход более холодного теплоносителя, но одновременно приво­дит к некоторому уменьшению средней разности температур и соответственно — к увеличению потребной поверхности теплообмена при противотоке по сравнению с прямотоком. Однако экономический эффект, достигаемый вследствие уменьшения расхода теплоносителя при противотоке, превы­шает дополнительные затраты, связанные с увеличением размеров тепло­обменника. Отсюда следует, что применение противотока при теплооб­мене более экономично, чем прямотока.

Теперь сопоставим противоток с прямотоком при одних и тех же на­чальных и конечных температурах теплоносителей. Изменение темпера­туры более холодного теплоносителя показано на рис. 21 пунктиром. Расчеты показывают, что в данном случае средняя разность температур при противотоке будет больше, чем при прямотоке, а расход теплоносителей одинаков. Следовательно, скорость теплообмена при противотоке будет больше, что и обусловливает преимущество противотока перед прямо­током.

Вместе с тем в отдельных случаях выбор направления движения тепло­носителей прямотоком диктуется технологическими соображениями. Так, в барабанных сушилках (см. главу XV) высушиваемый материал и грею­щий агент (топочные газы, нагретый воздух) направляют параллельным током с тем, чтобы не подвергать перегреву высушенный материал во избежание его окисления, осмоления и т. п.

Указанные выше преимущества противотока относятся к процессам теплообмена без изменения агрегатного состояния теплоносителей. Если температура одного из теплоносителей (например, конденсирующегося насыщенного пара) остается постоянной вдоль, поверхности теплообмена, а температура теплоносителя по другую сторону стенки изменяется или оба теплоносителя имеют постоянные температуры, не изменяющиеся во времени и вдоль поверхности теплообмена, то направление движения теплоносителей не оказывает влияния на разности их температур, среднюю разность температур и расходы теплоносителей.

Определение температуры стенок. Как видно из предыдущего, в ряде случаев определение коэффициента теплоотдачи а невозможно без знания температуры более нагретой поверхности стенки (tСТ1) или температуры менее нагретой ее поверхности (tСТ2).

Температуру стенки находят методом последовательных приближений: задавшись произвольно этой температурой, определяют а, рассчитывают К по формуле (83), а затем, по приводимым ниже формулам, проверяют сходимость рассчитанной величины tCr с предварительно принятой; расчет повторяют до близкого совпадения рассчитанного и принятого значений Us*

Расчет tСТ1 и tСТ2 производят исходя из уравнений теплоотдачи и тепло­передачи.

Количество тепла, отдаваемое горячим теплоносителем

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

где F — поверхность теплообмена; t1— температура горячего теплоносителя.

Количество тепла, получаемое холодным теплоносителем

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

где 2 — температура холодного теплоносителя. Из этих уравнений теплоотдачи находим

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Согласно общему уравнению теплопередачи (5)

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

где Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей— средняя разность температур между теплоносителями.

Подставляя значение Q из уравнения теплопередачи в уравнения (А) и (Б) и сокращая F, окончательно получим

Видео:Теплопроводность, конвекция, излучение. 8 класс.Скачать

Теплопроводность, конвекция, излучение. 8 класс.

Тепловой расчет теплообменных аппаратов

Здравствуйте! Теплообменным аппаратом называется устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями либо между теплоносителями и твердыми телами (насадкой, стенкой). Роль теплоносителя может выполнять и среда, окружающая аппарат. По своему назначению и конструктивному оформлению теплообменники могут быть самыми различными, начиная от простейшего (радиатор) и кончая наиболее совершенным (котельный агрегат). По принципу действия теплообменные аппараты подразделяются на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативными называют аппараты, в которых одновременно протекают горячий и холодный теплоносители, разделенные между собой твердой стенкой. К числу таких аппаратов относятся подогреватели, котельные агрегаты, конденсаторы, выпарные аппараты и др.

Регенеративными называют аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева попеременно омывается то горячей, то холодной жидкостью. При этом теплота, аккумулированная стенками аппарата при их взаимодействии с горячей жидкостью, отдается холодной жидкости. Примером регенеративных аппаратов являются воздухоподогреватели мартеновских и доменных печей, отопительные печи и др. В регенераторах теплообмен всегда происходит в нестационарных условиях, тогда как рекуперативные аппараты большей частью работают при стационарном режиме.

Рекуперативные и регенеративные аппараты называют также поверхностными, так как процесс передачи теплоты в них неизбежно связан с поверхностью твердого тела.

Смесительными являются аппараты, в которых передача теплоты осуществляется при непосредственном смешивании горячей и холодной жидкости.

Взаимное движение теплоносителей в теплообменных аппаратах может быть различным (рис. 1.).

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

В зависимости от этого различают аппараты с прямоточным движением, противоточным движением, перекрестным током и со сложным направлением движения теплоносителей (смешанного тока). Если теплоносители протекают параллельно в одном направлении, то такая схема движения называется прямотоком (рис. 1.). При противотоке теплоносители движутся параллельно, но навстречу друг другу. Если направления движения жидкостей пересекаются, то схема движения называется перекрестным током. Кроме названных схем, на практике применяются и более сложные: одновременно прямоток и противоток , многократно перекрестный ток и др.

В зависимости от технологического назначения и конструктивных особенностей теплообменные аппараты подразделяются на водоподогреватели, конденсаторы, котельные агрегаты, испарители и др. Но общим является то, что все они служат для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому, поэтому и основные положения теплового расчета для них одинаковы. Разница может состоять только в конечной цели расчета. При проектировании нового теплообменного аппарата задачей расчета является определение поверхности нагрева; при поверочном тепловом расчете имеющегося теплообменника требуется найти количество переданной теплоты и конечные температуры рабочих жидкостей.

В основу теплового расчета в обоих случаях положены уравнения теплового баланса и уравнение теплопередачи.

Уравнение теплового баланса теплообменного аппарата имеет вид:

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

где М — массовый расход теплоносителя, кг/с; cpm — удельная массовая изобарная средняя теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг*°С).

Здесь и в дальнейшем индексом «1» обозначаются величины, относящиеся к горячей жидкости (первичный теплоноситель), а индексом «2» — к холодной жидкости (вторичный теплоноситель); штрих соответствует температуре жидкости на входе в аппарат, а два штриха — на выходе.

При расчете теплообменников часто пользуются понятием полной теплоемкости массового расхода теплоносителя (водяного эквивалента), равной С = Мср Вт/°С. Из выражения (1) следует, что

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

то есть отношение изменений температур однофазных теплоносителей обратно пропорционально отношению их полных расходных теплоемкостей (водяных эквивалентов).

Уравнение теплопередачи записывается так: Q=k*F*(t1—t2), где t1, t2— температуры первичного и вторичного теплоносителей; F — площадь поверхности теплопередачи.

При теплообмене в большинстве случаев изменяются температуры обоих теплоносителей и, следовательно, изменяется температурный напор Δt = t1—t2. Коэффициент теплопередачи по поверхности теплообмена также будет иметь переменную величину, поэтому в уравнение теплопередачи следует подставлять средние значения температурного напора Δtср и коэффициента теплопередачи kсp, то есть

Площадь теплообмена F рассчитывается по формуле (3), тепловая производительность Q при этом задается. Для решения задачи необходимо вычислить средний по всей поверхности коэффициент теплопередачи kсp и температурный напор Δtср.

При вычислении среднего температурного напора необходимо учитывать характер изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Из теории теплопроводности известно, что в пластине или цилиндрическом стержне при наличии разности температур на торцах (боковые поверхности изолированы) распределение температур по длине линейное. Если же на боковой поверхности имеет место теплообмен или система располагает внутренними источниками теплоты, то распределение температур является криволинейным. При равномерном распределении источников теплоты изменение температур по длине будет параболическим.

Таким образом, в теплообменных аппаратах характер изменения температур теплоносителей отличается от линейного и определяется полными теплоемкостями С1 и С2 массовых расходов теплоносителей и направлением их взаимного движения (рис. 2).

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Из графиков видно, что изменение температуры вдоль поверхности F неодинаково. В соответствии с уравнением (2) большее изменение температуры будет у теплоносителя с меньшей теплоемкостью массового расхода. Если же теплоносители одинаковы, например, в водоводяном теплообменнике, то характер изменения температур теплоносителей будет всецело определяться их расходами, причем при меньшем расходе изменение температур будет большим. При прямотоке конечная температура t»2 нагреваемой среды всегда меньше температуры t»1 греющей среды на выходе из аппарата, а при противотоке конечная температура t»2 может быть выше температуры t»1 (см. для противотока случай, когда C1 > C2). Следовательно, при одинаковой начальной температуре нагреваемую среду при противотоке можно нагреть до более высокой температуры, чем при прямотоке.

При прямотоке температурный напор вдоль поверхности нагрева изменяется в большей степени, чем при противотоке. Вместе с тем среднее его значение в последнем случае больше, вследствие чего поверхность нагрева аппарата с противотоком будет меньшей. Таким образом, при равных условиях в этом случае будет передано большее количество теплоты. Исходя из этого, предпочтение следует отдавать аппаратам с противотоком.

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

В результате аналитического исследования теплообменного аппарата, работающего по схеме прямотока, установлено, что температурный напор вдоль поверхности теплообмена изменяется по экспоненциальному закону, поэтому средний температурный напор может быть вычислен по формуле:

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

где Δtб — большая разность температур между горячим и холодным теплоносителем (с одного края теплообменника); Δtм — меньшая разность температур (с другого края теплообменника).

При прямотоке Δtб = t’1 — t’2 и Δtм = t»1 — t»2 (рис. 2.). Эта формула справедлива также и для противотока с той лишь разницей, что для случая, когда С1 С2 Δtб = t»1 — t’2 и Δtм = t’1 — t»2.

Средняя разность температур между двумя средами, вычисляемая по формуле (4), называется среднелогарифмическим. температурным напором. Вид выражения обусловлен характером изменения температур вдоль поверхности нагрева (криволинейная зависимость). Если бы зависимость была линейной, то следовало бы определять температурный напор как среднеарифметический (рис. 3.). Значение среднеарифметического напора Δtа.ср всегда больше среднелогарифмического Δtл.ср. Однако в тех случаях, когда температурный напор по длине теплообменника изменяется незначительно, то есть выполняется условие Δtб/ Δtм

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Осреднение температурного напора для аппаратов с перекрестным и смешанным током отличается сложностью расчетов, поэтому для ряда наиболее употребительных схем результаты решений обычно приводятся в виде графиков. Исп. литература: 1) Основы теплоэнергетики, А.М. Литвин, Госэнергоиздат, 1958. 2)Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,»Вышейшая школа», 1976. 3) Теплотехника, изд.2, под общей ред. И.Н.Сушкина, Москва «Металлургия», 1973.

Видео:Количество теплоты, удельная теплоемкость вещества. 8 класс.Скачать

Количество теплоты, удельная теплоемкость вещества. 8 класс.

4 комментарий на « Тепловой расчет теплообменных аппаратов »

столкнулся с такой практической задачей: в комнате 4 радиатора отопления, подключены по двухтрубной системе. Оплата за тепло по квартирному теплосчетчику.

Если включить все четыре батареи на полную мощность, то будет слишком жарко. Практика показывает, что для оптимальной температуры надо включить или 2 батареи на полную, а 2 выключить; или включить все четыре на минимальный обогрев.

Как вы думаете, в каком случае затраты на обогрев будут меньше?

Игорь, сведите все к простой математике. Чем больше теплосъем, тем больше оплата за отопление. И наоборот, чем меньше теплосъем, тем меньше оплата за отопление. Формула потребленного тепла выглядит как Q=G*c*(T1-T2), где Q=ккал/сек, с- это теплоемкость воды = 1 ккал/(кг*градус), Т1 — температура в подаче в градусах, Т2 — температура в обратке в градусах, G — количество теплоносителя в кг/сек. Если умножить результат на 3600, то получите результат в часах. По своему теплосчетчику вы можете узнать количество теплоносителя, который прошел через ваши батареи, а так же температуру прямой и обратной трубы. Путем регулирования своих 4х батарей вы можете по количеству теплоносителя регулировать стоимость потребленного тепла. Как-то так.

Подскажите пожалуйста, если в частном доме с центральным отоплением поставить теплообменник, то за отопление придется платить столько же сколько без него? Прибора учета нет.

Если прибора учета нет, то будете платить столько же, сколько и до установки теплообменника

Видео:Урок 177. Задачи на теплопередачуСкачать

Урок 177. Задачи на теплопередачу

Теплопередача при изменяющихся температурах вдоль поверхности теплообмена

В теплообменных аппаратах и теплоиспользующих устройствах температура греющего и нагреваемого теплоносителей изменяются вдоль поверхности теплообмена: температура греющего теплоносителя понижается, а температура нагреваемого повышается. Исключение составляют теплообменные аппараты, в которых с одной стороны поверхности испаряется жидкость или конденсируется пар(например испарители или конденсаторы).

В условиях изменяющихся температур теплоносителей уравнение теплопередачи можно записать в следующем виде:

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей, (217)

Тепловой поток передаваемый через всю поверхность теплообмена при постоянном коэффициенте теплопередачи k равен

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей(218)

Для учета изменения температур теплоносителей по поверхности теплообмена в расчетное уравнение теплопередачи вводится средняя разность температур (средний температурный напор) Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей, который определяется уравнением

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей, (219)

где Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей— средняя разность температур. Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Из сопоставления уравнений 218 и 219 следует

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей(220)

Уравнение 220 называют уравнением теплопередачи для теплообменных аппаратов (обобщенное уравнение теплопередачи)

Вид расчетного соотношения для средней разности температур (219) существенно зависит от взаимного направления греющего и нагреваемого теплоносителей. Различают следующие направления движения теплоносителей в рекуперативных теплообменниках: прямоток, противоток, перекрестный ток, смешанный ток.

На рис. 25 показаны схемы движения теплоносителей и изменение температур теплоносителей при прямотоке и противотоке.

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей

Рис. 25. График изменения температуры теплоносителей

при прямотоке (а) и противотоке (б)

В процессе теплообмена греющий теплоноситель отдает некоторое количество теплоты (Q1), нагреваемый теплоноситель получает такое же количество теплоты (Q2) (теоретический процесс, без потерь теплоты в окружающую среду). Пренебрегая падением давления теплоносителей при движении, т.е. считая процесс протекающим изобарным, из первого начала термодинамики имеем

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей, (221)

где Q – мощность теплообменного аппарата, Вт; Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителейи Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей– расход горячего и холодного теплоносителей соответственно, кгс; Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителейи Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей– удельное изменение энтальпии греющего и нагреваемого теплоносителей соответственно, Джкг.

Для конвективных теплообменных аппаратов (в процессе теплообмена отсутствуют фазовые переходы) в силу того, что Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителейимеем

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей, (222)

где cpm1 и cpm2 – средние теплоемкости горячего и холодного теплоносителей; W1=G1cpm1 и W2=G2cpm2 – водяные эквиваленты горячего и холодного теплоносителей; Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей; Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей(рис. 25).

Уравнения (221 и 222) называются уравнениями теплового баланса теплообменного аппарата (ТА).

В силу того, что для теоретического процесса теплопередачи в ТА, тепловой поток определенный из уравнение теплового баланса (222) равен тепловому потоку определенному по уравнению теплопередачи (220) имеем

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей(223)

Расчетные соотношения для определения средней разности температур простейших схем взаимного движения теплоносителя: прямотока и противотока (рис. 25) получаются из выражения (223) записанного для элементарного участка теплообмена

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей, (224)

где Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей– текущая средняя разность температур (текущий температурный напор).

Знаки в уравнении элементарного теплового потока (224) определяются принятым направлением движения теплоносителей: верхние знаки относятся к прямотоку, а нижние – к противотоку.

Выделим из исходного дифференциального уравнения (224) изменения температуры для горячего и холодного теплоносителей

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей(224а)

Выразим разность изменения температур горячего и холодного теплоносителей

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей, (224б)

где Wm – приведенный водяной эквивалент обоих потоков, Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей.

Окончательно имеем следующее преобразованное выражение теплопередачи на элементарном участке

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей(225)

Разделив переменные в уравнении (225) и его проинтегрировав получим первое интегральное уравнение

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей. (226)

Второе интегральное уравнение получается при непосредственном интегрировании уравнения теплопередачи (225)

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей(227)

Сопоставляя уравнения (226 и 227) получим расчетное уравнение для средней разности температур

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей, (228)

где Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителейи Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей— начальная и конечная разности температур соответственно.

Расчетное уравнение средней разности температур (228), справедливое для схем прямотока и противотока, называется среднелогарифмической разностью температур или уравнением Грасгофа.

Начальная и конечная разность температур для схемы прямотока и противотока определяются по следующим соотношения (рис. 25):

для схемы прямоток Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей; Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей, (228а)

для схемы противоток Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей; Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей(228б)

При незначительном изменении температуры теплоносителей вдоль поверхностей теплообмена вместо среднелогарифмической разности температур можно пользоваться среднеарифметической разностью температур

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей(229)

Среднеарифметическая разность температур всегда больше среднелогарифмической, но при Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителейони отличаются друг от друга менее 3%, что вполне допустимо в технических расчетах.

Точное определение среднелогарифмической разности температур для схем с перекрестным и смешанным током теплоносителей связано с большими трудностями. В этом случае удобно пользоваться расчетными графиками, составленными для наиболее распространенных схем теплообменных аппаратов [2, 3, 8, 9].

Предварительно по формуле Грасгофа (228) одсчитывается среднелогарифмическая разность температур для противоточного теплообменного аппарата. Затем вычисляются вспомогательные характеристики R и PS по уравнениям

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей, Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей. (230)

По значениям этих характеристик с учетом схемы движения теплоносителей (число ходов по трубному и межтрубному пространству) из графиков определяется коэффициент eDt (рис. 3, 4, 5) [2, 3, 8, 9].

Действительная средняя разность температур между теплоносителями для рекуперативных ТА всех типов определяется по соотношению

Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей, (231)

где eDt – коэффициент, учитывающий различие между действительной средней разностью температур (Qm) и средней логарифмической разностью температур между теплоносителями при противоточной схеме движения теплоносителей (QmL).

🔥 Видео

Теплопередача через плоскую стенкуСкачать

Теплопередача через плоскую стенку

Основы теории теплообменаСкачать

Основы теории теплообмена

Теплоотдача и теплопередача.Скачать

Теплоотдача и теплопередача.

Л8 - Поверхности теплообмена.Скачать

Л8 - Поверхности теплообмена.

Задача на Тепловой обмен. физика 8 классСкачать

Задача на Тепловой обмен. физика 8 класс

Интуитивное понимание формулы теплопроводности (часть 11) | Термодинамика | ФизикаСкачать

Интуитивное понимание формулы теплопроводности (часть 11) | Термодинамика | Физика

16. Основы теплотехники. Теплообменные аппараты. Конструкция и расчёт теплообменников.Скачать

16. Основы теплотехники. Теплообменные аппараты. Конструкция и расчёт теплообменников.

6-1. Уравнение теплопроводностиСкачать

6-1. Уравнение теплопроводности

Способы передачи теплоты ТеплопроводностьСкачать

Способы передачи теплоты  Теплопроводность

Урок 175. Уравнение теплового балансаСкачать

Урок 175. Уравнение теплового баланса

8.1 Решение уравнения теплопроводности на отрезкеСкачать

8.1 Решение уравнения теплопроводности на отрезке

ТеплопроводностьСкачать

Теплопроводность

Количество теплоты, удельная теплоемкость вещества. Практическая часть - решение задачи. 8 класс.Скачать

Количество теплоты, удельная теплоемкость вещества. Практическая часть - решение задачи. 8 класс.

Раздел-1. Модели процессов тепломассопереноса и элементов оборудования различных теплотехнологийСкачать

Раздел-1. Модели процессов тепломассопереноса и элементов оборудования различных теплотехнологий

3 вида Теплопередачи, которые Нужно ЗнатьСкачать

3 вида Теплопередачи, которые Нужно Знать

Тепловые балансы и средняя разность температурСкачать

Тепловые балансы и средняя разность температур
Поделиться или сохранить к себе: