Схемы движения теплоносителей

Вход в ТОА определяется по горячему теплоносителю. Соответственно бывают ТОА:

с прямотоком
с противотоком
с перекрёстным током
со смешенным током
с многократно перекрёстным током

Распределение температур при прямотоке и противотоке

Ниже представлены схемы прямотока и противотока и распределение температур.

Р

ис. 8.4. Прямоток (изображён случай, когда )

Рис. 8.5. Противоток (изображён случай, когда )

Средний температурный напор

Для прямотока и противотока средний температурный напор рассчитывается по следующей формуле:

, (8.38)

где θ_б – больший температурный напор;

θ_м – меньший температурный напор.

Рис. 8.6. Больший и меньший температурный напор

Для сложных схем движения теплоносителей используют метод Баумана:

, (8.39)

где θ_mz – средний температурный напор для противотока;

ε_Δt – температурная поправка на напор .

, (8.40)

. (8.41)

Для различных схем движения приведён в [2].

В случае если , пользуются упрощённой формулой:

. (8.42)

Если кривые изменения температур теплоносителей эквидистанты, то: . (8.43)

Рис. 8.7. Эквидистантные кривые изменения температур теплоносителей

Средний температурный напор используется в конструкторском расчёте с уравнением теплопередачи для нахождения величины поверхности теплообмена:

, (8.44)

где Q – тепловой поток (мощность ТОА или его теплопроизводительность по холодному теплоносителю).

Расчёт конечных температур теплоносителей

Для прямотока имеем:

, (8.45)

где W_mп – приведённая расходная теплоёмкость при прямотоке.

. (8.46)

Для противотока имеем:

, (8.47)

где W_mz – приведённая расходная теплоёмкость при противотоке.

. (8.48)

. (8.49)

Обобщение по видам теплообмена

1. Теплопроводность:

, (8.50)

где для пластины, для цилиндра, для сферы.

2. Конвективный теплообмен:

. (8.51)

3. Лучисто – конвективный теплообмен:

. (8.52)

4. Теплопередача:

• если :

, (8.53)

• если (как в ТОА):

. (8.54)

Лекция 9

2. Методы теории Тепломассобмена

2.1. Особенности движения и теплообмена в трубах

(физическое содержание табл. 2)

Течение в прямой трубе

Критические значения числа Рейнольдса используются для разграничения режимов течения среды:

• – разделяет ламинарную и переходную область;

• – разделяет переходную и турбулентную область.

Таким образом, если:

• – режим течения ламинарный;

• – режим течения переходный;

• – режим течения турбулентный.

Участок гидродинамической стабилизации

Рис. 9.1. Участок гидродинамической стабилизации

На рисунке изображен ламинарный режим течения (вход в трубу с закруглёнными краями из большого объёма). Течение изотермическое, теплофизические свойства постоянны.

Расстояние от входа до сечения, где смыкаются пограничные слои, называется длиной гидродинамического начального участка или участка гидродинамической стабилизации.

Если , то течение стабилизированное. Такое течение не зависит от начального распределения скоростей на входе (при ). Однако распределение скоростей на любом участке при любом зависит от теплообмена.

Начальный участок наблюдается как при ламинарном, так и при турбулентном режиме.

Иногда при в начале трубы – ламинарное движение, а затем турбулентное. Если переходный режим попадает на начальный участок, может наблюдаться перемежаемость режимов. Изменение режима может быть при , но если , всегда наблюдается турбулентный режим.

На входе в трубу с острой кромкой из большого объёма образуются вихри и ламинарный пограничный слой разрушается.

Для ламинарного течения характерно следующее распределение скоростей поперёк потока:

. (9.1)

Средняя скорость при ламинарном течении:

. (9.2)

Рис. 9.2. Ламинарное течение в трубе

Средняя скорость при турбулентном течении:

. (9.3)

Рис. 9.3. Турбулентное течение в трубе

Если жидкость малотеплопроводная, то основное термическое сопротивление при теплообмене оказывает ламинарный подслой.