3. Критическая толщина тепловой изоляции труб.
Критическая толщина слоя тепловой изоляции
dкр = 2λиз /α2
Коэффициенты теплопроводности материала изоляции соответственно равны –λиз
коэффициент теплоотдачи α2
Основы расчета теплообменных аппаратов. Назначение, классификация и схемы теплообменных аппаратов. Конструктивный и поверочный расчеты теплообменных аппаратов.
Методика расчета теплообменных аппаратов.
Требуется определить: 1) физические параметры и скорости движения теплоносителей; 2) расход нагревающего или охлаждающего теплоносителя на основании теплового баланса; 3) движущую силу процесса, т.е. среднюю разность температур; 4) коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи; 5) площадь теплопередачи;
Теплопередача между теплоносителями существенно изменяется в зависимости от физических свойств и параметров теплообменивающихся сред, а также от гидродинамических условий движения теплоносителей.
В задании на проектирование заданы рабочие среды (теплоносители), начальные и конечные их температуры. Нужно определить среднюю температуру каждой среды и при этой температуре найти по справочным таблицам значения их физических параметров.
Среднюю температуру среды можно приближенно определить как среднее арифметическое из начальной tн и конечной tк температур.
Основными физическими параметрами рабочих сред являются: плотность, вязкость, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности, температура кипения, скрытая теплота испарения или конденсации и др.
Средняя скорость движения среды определяется из уравнений объемного расходов:
,
м/с;
,
кг/(м2 с), (1)
где – средняя линейная скорость, м/с; V – объемный рас ход, м3/с; S – площадь сечения потока, м2; – средняя массовая скорость, кг/(м2/с); G – массовый расход, кг/с.
Теплообменные аппараты предназначены для проведения процессов теплообмена при необходимости нагревания или охлаждения технологической среды с целью ее обработки или утилизации теплоты.
Теплообменные аппараты можно классифицировать по следующим признакам:
- по конструкции — аппараты, изготовленные из труб (кожухо-трубчатые, «труба в трубе», оросительные, погружные змеевиковые, воздушного охлаждения); аппараты, поверхностность теплообмена которых изготовлена из листового материала (пластинчатые, спиральные, сотовые); аппараты с поверхностью теплообмена, изготовленной из неметаллических материалов (графита, пластмасс, стекла и др.);
- по назначению — холодильники, подогреватели, испарители, конденсаторы;
- по направлению движения теплоносителей — прямоточные, противоточные, перекрестного тока и др.
Теплообменные аппараты применяют для рабочих сред с различным агрегатным состоянием и структурой (газ, пар, капельная жидкость, эмульсия и др.) в широком диапазоне температур, давлений и физико-химических свойств.
Проектный (конструктивный) расчет выполняется при проектировании нового аппарата и целью его является определение необходимой поверхности теплообмена. Целью поверочного расчета является определение переданной теплоты и конечных температур теплоносителей. При конструктивном расчете: из-за более высокой средней разности температур, необходимая поверхность теплопередачи для противотока получается меньше, то есть противоточные теплообменники компактнее и требуют меньшего расхода материалов на их изготовление.
При поверочном расчете: переданная теплота для противотока выше, то есть противоточные теплообменники эффективнее. Кроме теплового расчета теплообменников выполняется их гидродинамический расчет, в результате которого определяются гидравлические сопротивления движению теплоносителей и мощность насоса или вентилятора, необходимую для прокачки жидкости или газа через теплообменный аппарат.