Сравнение прямотока с противотоком

Чтобы выяснить преимущество одной схемы перед другой, достаточно сравнить количества передаваемой теплоты при прямотоке и противотоке при равенстве прочих условий. На рис.5.3 нанесена зависимость отношения количества теплоты, передаваемой при прямотоке Q_п, к количеству теплоты, передаваемой при тех же условиях при противотоке Q_z, как функция от С₁/С₂ и kF/С₁, т.е.

 

 

Рис. 5.3. Сравнение прямотока и противо­тока

 

Из рис.5.3 следует, что прямоточная и противоточная схемы могут быть равноценны только при очень больших и очень малых значениях С₁/С₂ или очень малых значениях параметра kF/С₁.

Первое условие соответствует случаю, когда изменение температуры одного из теплоносителей мало.

Второе условие выполняется тогда, когда температурный напор велик по сравнению с изменением температуры рабочей жидкости. Это вытекает из соотношения

 

 

Во всех остальных случаях при прочих равных условиях при прямотоке теплоты передается меньше, чем при противотоке (рис.5.3). Поэтому с теплотехнической точки зрения всегда следует отдавать предпочтение противотоку над прямотоком.

Однако следует иметь в виду, что если один из теплоносителей имеет высокую температуру, то при противотоке поверхность теплообмена будет находиться в более тяжелых температурных условиях, чем при прямотоке.

 

17.5. Методы определения температур поверхности теплообмена

Если известно распределение теплового потока по поверхности теплообмена, расчет температуры поверхности можно вести по формулам:

для плоской стенки из уравнений

 

q= α ₁(t₁-t_c1); (a)

 

q = ; (б)

 

q= α ₂(t_c2-t₂). (в)

 

можно получить:

; (г)

 

из совместного решения (а) и (б) следует:

 

. (д)

 

Решив совместно уравнения (г) и (д), получим

 

 

Эти формулы справедливы для расчета температур и на многослойной поверхности теплообмена. В этом случае для плоских стенок в формулу подставляются δ – полная толщина многослойной стенки и λ – эквивалентный коэффициент теплопроводности многослойной стенки.

Для тонких цилиндрических стенок (d₂/d₁<2) справедливы соотношения

 

,

 

где - площадь поверхности со стороны первичного теплоносителя;

- средняя площадь поверхности стенки, равная (F₁ + F₂)/2;

F₂ – площадь поверхности со стороны вторичного теплоносителя.

Аналогично, как и для плоской стенки, найдем:

 

(5.8)

 

(5.9)

 

где δ – толщина стенки,м;

λ – эквивалентный коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙К).

В общем случае расчет температуры на поверхности цилиндрической стенки ведут по следующим формулам:

 

(5.10)

 

(5.11)

Если стенка многослойная, то вместо λ нужно подставлять в формулы эквивалентный коэффициент теплопроводности.

 

Вопросы к теме 17.

1. Какие устройства относятся к теплообменным аппаратам.

2. Что называют теплоносителями?

3. Классификация теплообменных аппаратов по принципу действия. Дайте определение каждому классу.

4. Виды тепловых расчетов.

5. Какие уравнения лежат в основе тепловых расчетов?

6. Классификация рекуперативных теплообменных аппаратов по схеме движения теплоносителя.

7. В каких случаях определяется среднелогарифмическая, а в каких среднеарифметическая разность температур? Запишите формулы.

8. Сравните прямоточную схему движения с противоточной.

9. Как определяется температура на поверхностях теплообмена?