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.t^о-t _1н, теплоемкостью с₁ ( ), расходом G ₁ (кг/с).

С другой стороны – менее нагретый теплоноситель с нач. .t^о-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 1^оС 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 ∆ t_δ и ∆ t _м.

∆ t_δ = 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,

1

2- трубные решетки, 3- трубы, 4-крышки, 5- днище, 6-болт; 7-прокладка; I , II -теплоносители.

6

К кожуху с двух сторон приварены решетки, в которых закреплен пучок труб. К кожуху при помощи фланцев болтами присоединены днища. Уплотнение обеспечивается прокладкой. Для ввода и вывода теплоносителя используются патрубки. Один теплоноситель направлен вверх, другой – вниз. 1 – в трубное пространство, II– в межтрубное, омывает трубы снаружи.

Соединение труб с трубной решеткой – сваркой или развальцовкой, редко - сальниковое уплотнение.

---

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 554; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!