2.2. Определение движущей силы процесса теплопередачи

В самом общем случае температуры теплоносителей (горячего и холодного на рис.1.1) могут изменяться, а могут оставаться и постоянными вдоль поверхности теплопередачи. Часто встречаются такие варианты, когда температура одного теплоносителя не изменяется, в то время как другого - изменяется (увеличивается или уменьшается). В этих случаях для расчета процесса теплопередачи вводят понятие о средней движущей силе процесса теплопередачи, которую рассчитывают следующим образом:

1. В случае, если t_г=const и t_х=const

(2.9)

2. Во всех остальных случаях, отличных от первого:

(2.10)

Однако расчет по данному уравнению практически невозможен, поскольку нет достаточно точных методик определения средних температур теплоносителей. Поэтому на практике среднюю движущую силу процесса теплопередачи рассчитывают следующим образом (целесообразно расчет сопровождать температурным графиком изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена):

1. Для аппаратов с чистым прямотоком без изменения агрегатного состояния:

Рис.2.2. Температурная диаграмма для чистого прямотока теплоносителей

(2.11)

здесь t_б=t_г.н.- t_х.н.

t_м=t_г.к.- t_х.к.

Соответственно большая и меньшая разности температур - (большая и меньшая движущие силы процесса)

2. Для аппаратов с чистым противотоком (изменения агрегатного состояния нет):

Рис. 2.3. Температурная диаграмма для чистого противотока

(2.12)

здесь t_б и t_м - соответствуют самой большой и самой маленькой (по численному значению) разности температур на концах теплообменника.

Если t₁> t₂, то t₁ = t_б, а t₂ = t_м и наоборот,

если t₁< t₂, то t₂ = t_б, а t₁ = t_м.

В аппаратах со сложным движением теплоносителей /перекрестный и смешанный токи/ величину средней движущей силы процесса теплопередачи определяют как для противотока с учетом поправки _t1:

(2.13)

Поправку _t для большинства распространенных схем можно рассчитать теоретически [8, 9]. Например для теплообменников с одним ходом в межтрубном пространстве и четном числом ходов в трубном пространстве поправку можно рассчитать по следующему уравнению [7]:

(2.14)

здесь = ;

и Р= ; ;

или приближенно [3]:

(2.15)

здесь ; - изменение температуры горячего теплоносителя; - изменение температуры холодного теплоносителя.

В других случаях можно воспользоваться графиками, приведенными в справочной литературе. Например, для кожухотрубчатых теплообменников при наличии поперечных перегородок в межтрубном пространстве данные приведены в [3], при нечетном соотношении ходов и для пластинчатых теплообменников в литературе [7].

2.3. Определение средних температур теплоносителей

В основу определения средних температур теплоносителей положено определение средней движущей силы процесса теплопередачи по уравнению 2.10. В соответствии с этим уравнением:

t_г.ср. = t_ср. + t_х.ср. (2.16)

t_х.ср. = _г.ср. - t_ср. (2.17)

При определении средних температур поступают следующим образом:

1. Определяют изменения температур для горячего и холодного теплоносителей:

t_г. = t_г.н. - t_г.к.

t_х = t_х.к. - t_х.н.

2. Сравнивая t_г и t_х между собой получают следующие варианты расчета:

а) если t_г < t_х , то и

;

б) если t_г > t_х , то и