3.2. Уравнение теплопередачи

При прохождении теплоносителей через теплообменник температура их изменяется: горячий теплоноситель охлаждается, а холодный - нагревается. Ис­ключение составляют лишь случаи, когда на всей поверхности теплообмена в аппарате происходит кипение жидкости или конденсация паров при постоянной температуре насыщения. Поэтому температурный напор вдоль поверхности теплообмена F, м² , в ТА в общем случае не остаётся постоянным. В таких условиях уравнение теплопередачи применимо лишь в дифференциальной форме

dQ=k_iΔt_idF_i

или для всей поверхности теплообмена

(3.18)

где к и Δt - средние значения коэффициента теплопередачи, Вт/(м²∙К) и температурного напора, °С для всего ТА.

4. Определение поверхности теплообмена

При конструктивном расчете ТА площадь поверхности теплообмена оп­ределяется из уравнения теплопередачи

(4.1)

Из этого уравнения следует, что при нахождении поверхности теплообмена задача сводится к определению тепловой нагрузки ТА, коэффициента теплопередачи и среднею значения температурного напора по всей поверхности нагрева.

4.1. Тепловая нагрузка

Тепловая нагрузка ТА задаётся техническим заданием на проектирование или вычисляется согласно уравнения теплового баланса (3.4).

4.2. Средний температурный напор

Средний температурный напор для прямоточных и противоточных теп­лообменников вычисляется как среднелогарифмический температурный напор по формуле, °С

(4.2)

где Δt_σ и Δt_μ - больший и меньший температурные напоры на входе и выходе из ТА, °С, выбираются независимо от начала и конца поверхности нагрева.

Для сравнительно небольших изменений температур теплоносителей средний температурный напор может быть определён как среднеарифметический, °С

Δt=0,5(Δt_σ+Δt_μ) (4.3)

Среднеарифметический напор всегда больше среднелогарифмического, но при ≤1,7 отклонение значений, вычисленных по формулам (4.2) и (4.3), не превышает 3 %.

Сравнение прямоточной и противоточной схем показывает, что при ра­венстве начальных и конечных температур теплоносителей средний температурный напор при противотоке выше. Благодаря этому при прочих равных условиях (равенстве поверхности теплообмена и коэффициента теплопередачи) противоточное движение даёт возможность передать больший тепловой поток, чем прямоточное. Кроме этого, при прямоточной схеме конечная температура холодного теплоносителя всегда ниже конечной температуры горячего. При противоточном движении холодный теплоноситель может быть нагрет до температуры, превышающей конечную температуру горячего теплоносителя. При фазовых превращениях одного из теплоносителей (конденсации или кипении) направление движения теплоносителей существенного значения не имеет.

При перекрестном и сложном движении теплоносителей средний темпе­ратурный напор рассчитывают как для противотока Δt_прот умножая полученный результат па поправочный коэффициент ε_Δt<1 Значение этого коэффициента определяется по графикам [б, рис. П-1...П-1.1] с помощью вспомогательных величин

(4.4)

(4.5)

Для примера в прил. 1 приведен график для определения коэффициента ε_Δt применительно к схеме воздухоподогревателя парового котла. Итак, в общем случае средний температурный напор определяется по формуле, °С

Δt=ε_ΔtΔt_прот (4.6)