Практическая работа №5 «Тепловой расчет теплообменных аппаратов»

Тема: Теория теплообмена.

Цель:Научиться рассчитывать теплообменные процессы.

Общие сведения:

Теплообменные аппараты

Основными уравнениями для теплового расчета теплообменных аппаратов являются: уравнение теплового баланса, уравнение теплопередачи, уравнение массового расхода теплоносителя.

Уравнение теплового балансав наиболее общей форме имеет вид

, (3.33)

где G₁, G₂, - массовые расходы горячего и холодного теплоносителей соответственно; - энтальпия горячего теплоносителя на входе и на выходе теплообменника;- энтальпия холодного теплоносителя на входе и на выходе;- передаваемая теплота от горячего теплоносителя к холодному.

Уравнение (3.33) записано без учета потерь тепла в окружающую среду.

Для теплообменников, в которых теплоносители не изменяют своего агрегатного состояния (не испаряются, не конденсируются), а только нагреваются или охлаждаются, уравнение теплового баланса (3.33) может быть записано в виде

, (3.34)

где с_р1, с_р2,- средние изобарные теплоемкости теплоносителей для данных интервалов температур.

Уравнение теплопередачиописывает передачу тепла от горячего теплоносителя к холодному через стенку поверхности теплообмена

, (3.35)

где F, м²– площадь поверхности теплообмена;К, - средний коэффициент теплопередачи от горячего теплоносителя к холодному через стенку;- средний температурный напор (средняя разность температур теплоносителей).

Расчет среднего температурного напора () зависит от схемы движения теплоносителей (прямоток, противоток, перекрестный ток или иная схема). В учебнике [4] на рис. 19.2, с. 383 представлены графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности нагрева для прямотока и противотока.

Для прямотока(рис. 19.2 а,б) температурный напор на входе всегда больший (), на выходе – меньший ().

Средний температурный напоррассчитывается по формуле

(3.36)

Для противотока

на рис. 19.2 в

,;

на рис. 19.2 г.

Средний температурный напор также рассчитывается по формуле (3.36).

Для других схем движения теплоносителей средний температурный напор вычисляют по формуле

, (3.37)

где _пр– средний температурный напор для противотока, рассчитанный по (3.36);- поправочный коэффициент, определяемый из номограммы для соответствующей схемы движения теплоносителей. Безразмерные величиныRиPрассчитываются по формулам:

.

По уравнению теплового баланса рассчитывают тепловой поток Q, Вт, передаваемый от горячего теплоносителя к холодному, по уравнению теплопередачи – площадь поверхности теплообменаF, м².

Уравнение массового расхода теплоносителяимеет вид

(3.38)

где - скорость движения теплоносителя;f, м²– площадь поперечного сечения потока теплоносителя;- плотность теплоносителя.

Задание

Сетепая подогревательная установка (СПУ) состоит из двух теплообменников поверхностного типа: сетепого подогревателя СП и ох­ладителя конденсата ОК- СПУ предназначена для покрытия нагрузки ни отопление сетевой водой.

Определить расход сетевой йоды G_сет.в..Исходные данные к задаче приведены в таблице 10.

Здесь D_сп- расход пара на СП, кг/с;

t^прям°С - температура прямой сетевой воды,

t^обр°С - температура обратной сетевой воды.

Расчетная тепловая схема для задачи приведена на рисунке.

Для решения задачи необходимо составить уравнение теплового ба­ланса для СПУ а целом (СП + ОК). Температуру охлажденного конденсата t_окпосле ОК принять равной на 10 °С больше температуры обратки. Коэффициент, учитывающий потерю тепла в окружающую среду за счет несовершенства теплоизоляции теплообменников, принять рапным η_н=0,98.

_{Таблица 10-Исходные данные}

Первая цифра шифра	Dсп кг/с	tпрям °С	Вторая цифра шифра	tобр °С	Примечания
0	2,0	110	0	35	При выборе давления греющего пара рсппринять недогрев се­тевой воды в СП до температуры насы­щенна греющего пара, принять равным(), Пар на СП подается слабо перегретым, перегревпринять равным 7 °С
1	2,5	115	1	40
2	3,0	120	2	45
3	3,5	125	3	50
4	0,5	130	4	55
5	1	135	5	60
6	1,5	140	б	65
7	4	145	7	70
8	4,5	150	8	65
9	5,0	130	9	50

Пример решения

Дано:	Решение: Воспользовавшись h-s диаграммами находим давление греющего пара, а затем энтальпии при заданных температурах и фазовых состояниях. Определяем Данные сводим в таблицу:
Найти:

tпрям	tобр	tок	tсп	tисп
˚С	˚С	˚С	˚С	˚С
110	65	75	117	115
Hв.вых.сп	Hв.вх.ок	Hп.вых.ок	Hп.вх.сп	Hп.вых.сп
кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг
465.19	271.635	313.425	2701.5	482.6

Составим уравнения теплового баланса для СП и ОК.

где G₁, G₂, - массовые расходы горячего и холодного теплоносителей соответственно; - энтальпия горячего теплоносителя на входе и на выходе теплообменника;- энтальпия холодного теплоносителя на входе и на выходе;- передаваемая теплота от горячего теплоносителя к холодному.

Зная что:

Составим общий баланс энергий системы

Правые части абсолютно идентичны, следовательно можем приравнять левые и выразить расход воды:

Подставив значения получим:

С учетом кпд системы

Ответ:

Вопросы для самоподготовки

1. Дайте определение процессу теплообмена.

2. Назовите виды передачи теплоты.

3. В чем измеряется передаваемое тепло.

4. От каких параметров зависит передоваемая теплота?

5. Запишите уравнение теплового баланса.

6. Запишите уравнение теплопередачи.