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).