Движущая сила тепловых процессов
Движущей силой тепловых процессов является разность температур сред, при наличии которой тепло передается от среды с большей t о к среде с меньшей t о.
При теплопередаче от одного теплоносителя к другому разность между температурами теплоносителей не сохраняет постоянного значения вдоль поверхности теплообмена. Потому в тепловых расчетах, где применяется основное уравнение теплопередачи к конечной поверхности теплообмена, необходимо пользоваться средней разностью температур или температурным напором.
При выводе формулы для ∆ t ср. рассмотрим теплообменник, работающий прямотоком.Сделаем рисунок.
С одной стороны стенки с поверхностью F движется более нагретый теплоноситель с нач.tо-t 1н, теплоемкостью с1 ( ), расходом G 1 (кг/с).
С другой стороны – менее нагретый теплоноситель с нач. .tо-t 2н, теплоемкостью с2, расходом G 2.
Причем примем, что теплоемкости постоянны в течении всего процесса теплообмена. Теплообмен происходит через стенку, площадь поверхности которой F. Процесс теплопередачи установившийся.
Вследствие теплообмена, по мере течения теплоносителей вдоль стенки их температуры будут изменяться и, следовательно, и разность температур ∆ t между теплоносителями.
Возьмем элемент поверхности dF. На элементе поверхности dF более нагретый теплоноситель охлаждается на dt 1 град., а менее нагретый нагревается на dt 2 град. Значит для элемента поверхности dF можно записать уравнение теплового баланса:
|
|
Введем водяные эквиваленты:
dQ = G 1 с1(- dt 1 ) = G 2 с2 dt 2 , G 1 с1 = W 1 , G 2 с2 = W 2 .
(Произведение расхода теплоносителя G на его теплоемкость называется водяным эквивалентом W. Численно W означает кол-во воды, которое по своей тепловой емкости эквивалентно количеству тепла, необходимого для нагревания теплоносителя на 1оС при заданном его расходе.).
dQ = W 1 (- dt 1 ) = W 2 dt 2
Знак “ - “ означает, что более нагретый теплоноситель охлаждается.
- dt 1 = ; dt 2 = ;
Сложим: d ( t 1 – t 2 ) = - dQ ( ), обозначим ( ) = m ,
d ( t 1 – t 2 ) = ;
d (∆ t ) = - ; dQ = - . (a)
В соответствии с основным уравнением теплопередачи:
dQ = KdF ∆ t (б)
Приравниваем (а) и (б):
d (∆ t ) = - KdF ∆ t m . (в)
Разделим переменные и проинтегрируем выражение (в) в пределах изменения ∆ t (от t 1н - t 2н = ∆ t н до t 1к - t 2к = ∆ t к) и dF (от 0 до F). При этом считаем, что K = Const.
Тогда:
, где ∆ t н и ∆ t к – концевые движущие силы.
ℓ n (г)
Запишем уравнение теплового баланса для всей поверхности F:
Q = W 1 ( t 1н – t 1к ) = W 2 ( t 2н – t 2к );
W 1 = ; W 2 = ;
m =
имея в виду ∆ t н = t 1н - t 2н , ∆ t к = t 1к - t 2к, получим
m = ; Подставим в (г)
ℓ n ; откуда
|
|
Q = . (*)
Сопоставим полученное выражение с основным уравнением теплопередачи. Видно, что ∆ t ср (средняя движущая сила или средний температурный напор) представляет собой среднелогарифмическую разность температур:
∆ t ср = (**)
Уравнение (*) является уравнением теплопередачи при прямотоке теплоносителей. С помощью (*) по известным Q тепловой нагрузке и известным t н1,2 и t к1,2 теплоносителей можно определить величину поверхности теплообмена F.
Из уравнения (г) следует: ∆ t к = ∆ t н ℮- mKF. Этоозначает, что при прямотоке температуры теплоносителей изменяются ассимптотически.
Уравнение (**) справедливо и для противотока, если в него подставить соответственно ∆ tδ и ∆ t м.
∆ tδ = t 1к – t 2н ; ∆ t м = t 1н – t 2к
Если ; ( ), то ∆ t СР с достаточной точностью можно определить как среднеарифметическую разность: ∆ t ср = (∆ t к +∆ t н ).
Теплообменные аппараты
Теплообменные аппараты предназначены для проведения теплообменных процессов. По принципу действия делятся на рекуперативные, регенеративные, смесительные.
1) В рекуперативных аппаратах теплоносители разделены стенкой, тепло передается через стенку.
2) В регенеративных аппаратах - одна и та же поверхность омывается попеременно различными теплоносителями. Один теплоноситель нагревает поверхность, а сам охлаждается, другой принимает тепло от поверхности – нагревается. Таким образом, необходимо наличие твердых тел, которые бы аккумулировали тепло.
|
|
3) В смесительных – передача тепла происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей.
Рассмотрим подробнее.
1) Рекуперативные теплообменные аппараты. Главная черта таких аппаратов: наличие поверхности разделяющей теплоносители.
А) В зависимости от конструкции поверхности теплообмена рекуператоры подразделяются на – кожухотрубчатые, 2-х трубчатые, змеевиковые, спиральные, оросительные. Рассмотрим кожухотрубчатые теплообменники - наиболее распространенные в химической технике. Они надежны, просты, имеют большую F теплообмена. Рассмотрим кожухотрубчатый теплообменник жесткой конструкции (одноходовой).
Состоит из: 1- цилиндрическая обечайка-кожух,
|
|
|
|
Соединение труб с трубной решеткой – сваркой или развальцовкой, редко - сальниковое уплотнение.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 554; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!