tot_book

331

числом единиц переноса теплоты (в англоязычной литературе принято обозначение N = NTU от дословного “Number of heat— Transfer Units”).

Величина N показывает, какой тепловой поток передается теплоносителю “единичной теплоемкости” (в “старых” системах единиц — к воде, в системе единиц СИ — к воздуху) при его расходе в 1 кг/с и температурном напоре в 1 К.

Формула (2.290) имеет два практически важных варианта:

332

График функции (2.291) представлен на рис. 168; для более сложных схем движения теплоносителей зависимости ε(N) приводятся в справочной литературе.

Рис. 168.

Метод расчета по характеристикам ε и N даёт особых преимуществ перед использованием формул (2.263) и (2.267), однако позволяет заранее оценить эффективность теплообменника е в зависимости от расходов и теплофизических свойств теплоносителей и показывает, насколько совершенный аппарат мы рассчитываем и конструируем.

В сущности, оба метода почти равноценны и даже позволяют использовать один и тот же справочный материал. Покажем это на примере теплообменника с поперечным током. Пусть его поверхность равна F+, тогда поверхность прямо точного теплообменника, передающего тот же тепловой поток Q, определится из соотношения

333

одинакова для обоих теплообменников).

С другой стороны, тепловой поток можно рассчитать по формулам (2.267) и (2.280); для теплообменника с поперечным током

Q= kF∆T = kF+∆Tε∆T (P, R),

адля прямоточного теплообменника

Q = kF∆T .

Отсюда

Таким образом, графики на рис. 164 и 168 дают одинаковые результаты.

Отметим в заключение, что многочисленные и хорошо продуманные конструкции теплообменников принципиально не позволяют сделать средний коэффициент теплопередачи k намного большим, чем минимальный из коэффициентов теплоотдачи α1, α2 принятых в расчете. Причины этого обсуждались в разделе 2.3.3, однако и для теплообменников в целом эти выводы остаются справедливыми.

Ориентировочно оценить порядок величин k и α помогут данные таблицы 5.

335

В рекуперативных теплообменниках почти всегда происходит достаточно сложное движение теплоносителей. Как известно, скорость движения жидкости относительно поверхности во многом определяет характер конвективного теплообмена и, следовательно, влияет на коэффициент теплопередачи k. В связи с этим естественно желание конструктора увеличить расходы теплоносителей G1, и G2.

Однако одновременно с увеличением скорости и расхода возрастает энергия, затрачиваемая на привод насосов и вентиляторов, увеличиваются потери давления, теплообменник становится шумным и т. д.

Чтобы правильно выбрать режимы движения теплоносителей,

следует провести гидравлический расчет теплообменника.

Основы такого расчета излагают в курсах “Гидравлика” и “Механика жидкости и газа”; целевая функция имеет вид

f — проходное сечение, через которое прокачивают теплоноситель). Уравнение (2.292) выполняется при w = const, но в теплообменниках скорость потока на различных участках меняется,

поэтому суммарная потеря давления

теплообменника, условно разбитого на n расчетных участков с постоянными wi .

На вид зависимостей (2.292) и (2.293) влияет изменение температуры теплоносителей; свой вклад могут вносить свободная конвекция и другие факторы. В справочниках задают ∆p и ∆pΣ

336

либо в указанной выше размерной форме, либо в виде уравнений подобия

сечения потока (“смоченный периметр”); σ1, σ2 — безразмерный шаг труб по фронту и глубине пучка (если в конструкции есть трубные пучки).

В число аргументов числа Эйлера могут входить и другие геометрические характеристики, представленные в безразмерной форме.

Затраты энергии на прокачку теплоносителя рассчитывают по формуле

где ρ — средняя плотность теплоносителя (у газов она может отличаться от значений плотности на входе и выходе из аппарата, для капельных жидкостей плотность практически постоянна).

В задании на расчет теплообменника ограничивают либо ∆E , либо ∆pΣ , но обе эти величины “появляются” только после компоновки и определения размеров (включая f ,Ω и т. д.), поэтому гидравлический расчет проводят как поверочный, а затем при необходимости уточняют компоновку методом последовательных приближений.

Конструктивные элементы теплообменников транспортных систем, их тепловой и гидравлический расчет рассматриваются в специальных курсах, однако общие принципы и порядок расчета сохраняются такими, как описано выше.

337

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М.: Энергия, 1980. 446 с.

2.Беляев Н.М. Термодинамика. Клев.: Выща шк., 1987. 343 с.

3.Андрющенко А.И. Основы технической термодинамики реальных процессов. М.: Высш. шк, 1975. 264 с.

4.Теоретические основы тепло- и хладотехники: Учеб. пособие / Под общ. ред. Э.И. Туйго. В 2 ч. Ч. I. Техническая термодинамика. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1974. 281 с.

5.Китанин Э.Л., Сапожников С.З. Техническая термодинамика: Учеб. пособие /СПбГТУ. СПб., 1993. 93 с.

6.Термодинамика. Терминология. Вып. 85. М.: Наука, 1973.

55с.

7.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача.

М.: Энергия, 1983. 440 с.

8.Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.:

Энергия, 1977. 344 с.

9.Галин Н.М., Кириллов П.Л. Тепломассообмен (в ядерной энергетике). М.: Энергоатомиздат, 1987. 376 с.

10.Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи /Пер. с англ. М.:

Мир, 1983.512с.

11.Теоретические основы тепло- и хладотехники: Учеб. пособие /Под общ. ред. Э.И. Туйго. В 2 ч. Ч. II. Теплообмен. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1976. 223 с.

12.Теория теплообмена. Терминология. Вып. 83. М.: Наука, 1971. 81 с.

13.Основы теории подобия и моделирования. Терминология.

Вып. 88. М.: Наука, 1973. 23 с.