Теория рассматриваемого вопроса. Устройства (аппараты), служащие для передачи тепла от одного рабочего тела к другому
Устройства (аппараты), служащие для передачи тепла от одного рабочего тела к другому, называются теплообменниками. По принципу действия различают теплообменники: рекуперативные, регенеративные и смесительные.
Рекуперативные теплообменники – это аппараты, в которых горячая и холодная среды протекают одновременно, при этом тепло от одного теплоносителя к другому передастся через разделяющую их поверхность. К этому типу аппаратов относится и испытуемый в данной работе теплообменник.
Теплообменники, в которых оба теплоносителя омывают попеременно одну и ту же поверхность, называются регенеративными.
Аппараты, в которых теплообмен осуществляется при непосредственном контакте теплоносителей, называются смесительными.
Теплопередача – это процесс передачи тепла (теплообмен) в рекуперативных теплообменниках между двумя подвижными средами через разделяющую их перегородку.
Для расчёта рекуперативных теплообменных аппаратов обычно используют следующие два уравнения.
Уравнение теплового баланса:
,
или (9.1)
Здесь Q – тепло, передаваемое горячим теплоносителем, Вт;
– кпд теплообменника, учитывающий потери тепла в окружающую
среду;
Q – тепло, получаемое холодным теплоносителем, Вт;
G и G
– расходы горячего и холодного теплоносителей, кг/с;
t и t
– температуры горячего теплоносителя соответственно на входе и
выходе, С;
t и t
– температуры холодного теплоносителя соответственно на входе и
выходе, С;
c , c
– теплоёмкости горячего и холодного теплоносителей, Дж / (кг К).
Уравнение теплообмена (теплопередачи):
(9.2)
Здесь Q – передаваемое количество тепла;
t
– средний температурный напор в теплообменнике, зависящий от
изменения температур горячего и холодного теплоносителей;
F – поверхность теплообмена, м ;
k – коэффициент теплопередачи, характеризующий интенсивность
процесса и численно равный плотности теплового потока при
температурном напоре в один градус:
(9.3)
Интенсивность теплопередачи (т.е. величина k)возрастает с увеличением скорости теплоносителей, их теплоемкости, плотности, теплопроводности и с уменьшением вязкости теплоносителей. На интенсивность теплопередачи заметное влияние оказывает также и схема движения теплоносителей.
В зависимости от направления движения теплоносителей в теплообменнике относительно друг друга различают: прямоток, противоток, перекрёстный (смешанный) ток.
Примечание: в данной работе исследования ведутся при прямоточном и противоточном движении теплоносителей (рис. 9.1).
А) б)
t
t
![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ||||||||
![]() | ![]() | ||||||||||
t
t
t
t
![]() | |||||
![]() | ![]() | ||||
t
t
t t
t t
![]() | ![]() | ||
t
t
t
t
t
t
l l
Рис. 9.1. Схемы движения теплоносителей и графики распределения температур в теплообменниках: при прямотоке (а) и противотоке (б).
Прямотоком называют такую схему движения теплоносителей, при которой они движутся параллельно в одном направлении (рис. 9.1 а).
Противотоком называют схему движения теплоносителей, при которой они движутся параллельно, но в противоположном направлении (рис. 9.1 б).
Для прямоточных и противоточных теплообменников теоретическим путём получена расчётная зависимость для вычисления среднелогарифмического(среднего) температурного напора:
,
C, (9.4)
где ,
– наибольший и наименьший температурные напоры на концах
теплообменника, С (см. рис. 9.1).