9.3. Расчет теплообменников

Конструкторский расчет теплообменников производится по уравнениям теплопередачи, теплового баланса, массового расхода теплоносителей.

Получим уравнения для поверочного расчета, цель которого – определить передаваемую теплоту (Q) и конечные температуры теплоносителей (t₁, t₂).

Прямоток

На основании (9.14)

или

(9.20)

Если левую и правую части уравнения (9.20) вычесть из разности температур (t₁- t₂ ) и учесть соотношение (9.4), то получим формулу (9.21), из которой можно найти температуру горячего теплоносителя (t₁) на выходе из теплообменника,

(9.21)

где

Тогда передаваемая теплота и температура холодного теплоносителя (t₂) определяется из уравнения теплового баланса

	(9.22)
	(9.23)

Противоток

Аналогичные алгебраические преобразования для противотока дают расчетную формулу для тепла

(9.24)

где

Конечные температуры теплоносителей (t₁, t₂) можно рассчитать по уравнению теплового баланса (9.3).

П олучим уравнения для поверочного расчета теплообменников с кипением и конденсацией.

1. Конденсатор, охлаждаемый водой. График изменения температур теплоносителей приведен на рис. 9.2.

При конденсации пара

t₁=t_s=const, t₁=0,

Тогда

а на основании (9.20) получим формулу

,

по которой можно рассчитать конечную температуру холодного теплоносителя

,

(9.25)

а затем определить передаваемую теплоту

(9.26)

2. Испаритель воды, нагреваемый продуктами сгорания топлива, рис. 9.3.

П ри кипении воды t₂=t_S=const, Δt₂=0; = , C₂= G₂ = .

Тогда

на основании (9.20)

Расчетные формулы для и Q запишутся в виде

(9.27)

(9.28)

Сравнение двух основных схем движения теплоносителей прямотока и противотока можно произвести на основании уравнений (9.22) и (9.24)

.

(9.29)

Анализ зависимости (9.29) показывает, что прямоток и противоток равнозначны при следующих условиях:

1. Если или , т.е. для теплообменников, в которых один из теплоносителей изменяет свое агрегатное состояние (испаряется или конденсируется).

2. Если , что справедливо при или .

Во всех остальных случаях <1, т.е. передаваемая теплота при противотоке больше, чем при прямотоке.

Контрольные вопросы и задания

1. Назовите основные уравнения для расчета рекуперативных теплообменников. Какими коэффициентами оценивается эффективность работы теплообменников?

2. Можно ли утверждать, что КПД теплообменника (η) характеризует количественные потери тепла, а эксергетический КПД (η_экс) – качество потерь тепла?

3. Как вычисляется средний температурный напор для прямотока, противотока и других схем движения теплоносителей?

4. Как вычисляются средние температуры теплоносителей? Для расчета каких величин они нужны?

5. В каких случаях прямоток и противоток равнозначны?

6. Каковы задачи конструкторского и поверочного расчетов теплообменников?