Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Классификация теплообменных аппаратов и
Уравнения теплового расчета Теплообменные аппараты подразделяются в зависимости от формы поверхности, вида теплоносителя, способа передачи теплоты. В соответствии с последним показателем их можно классифицировать на поверхностные (рекуперативные), смесительные (контактные), регенеративные и с внутренними источниками энергии. Поверхностные теплообменники представляют собой наиболее распространенную и важную группу теплообменных аппаратов, используемых в химической технологии. В поверхностных теплообменниках теплота передается через разделяющую теплоносители стенку. Если поверхность теплообмена в таких теплообменниках формируется из труб, то их называют трубчатыми (трубными). В другой группе поверхностных теплообменников поверхностью теплообмена являются стенка аппарата или металлические плоские листы. Такие теплообменники называются пластинчатыми. Примерами таких аппаратов являются котлы, подогреватели, конденсаторы и др. В смесительных (или контактных) теплообменниках при непосредственном соприкосновении теплоносителей не требующих дальнейшего разделения протекают одновременно тепло- и массообмен. К смесительным теплообменникам относятся, например, градирни. В градирнях благодаря использованию форсунок горячая вода интенсивно контактирует с атмосферным воздухом, вследствие чего охлаждается. При этом происходит частичное испарение воды. В регенеративных теплообменниках процесс переноса теплоты от горячего теплоносителя к холодному разделяется во времени на два периода и происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки. Вначале продукты горения топлива направляют в камеру, где они нагревают насадку, после чего через аппарат пропускают холодный воздух или газ, который отнимает аккумулированную в стенках насадки теплоту. Таким образом, здесь происходит периодическое поочередное омывание поверхности горячим и холодным теплоносителем. Теплообменники этого типа чаще всего применяются для регенерации теплоты отходящих газов. Примерами таких аппаратов являются воздухоподогреватели: Юнгстрема, доменных и мартеновских печей. В теплообменниках с внутренними источниками энергии применяются не два, как обычно, а один теплоноситель, который отводит теплоту, выделенную в самом аппарате. Примером таких аппаратов могут служить ядерные реакторы, электронагреватели и другие устройства.
При расчете теплообменных аппаратов используются уравнения теплового баланса: (8.8) и теплопередачи: (8.9) В этих уравнениях индекс 1 относится к горячему теплоносителю, а индекс 2 – к холодному; Q – тепловой поток, полученный в теплообменнике при охлаждении горячего теплоносителя от температуры до , Вт; G 1, G 2 – массовые расходы теплоносителей, кг/с; - удельные теплоемкости теплоносителей, Дж/(кг∙град); , - температуры теплоносителей на входе в аппарат, °С; , - температуры теплоносителей на выходе из аппарата, °С; k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙град); F – площадь поверхности теплообмена, м2; ∆ tcp – средний температурный напор, °С. Согласно уравнению теплового баланса количество тепла, отданное горячим теплоносителем, равно количеству тепла, принятому холодным теплоносителем. Уравнение теплового баланса справедливо при условии отсутствия тепловых потерь и фазовых переходов. Обычно тепловые потери через стенки теплообменника в окружающий воздух доходят до 10 %. Наиболее простой конструктивный расчет теплообменника заключается в определении поверхности теплообмена по известным начальным и конечным параметрам теплоносителей. С этой целью часто используется уравнение теплопередачи (8.9). Средний температурный напор ∆ tcp зависит от схемы взаимного движения теплоносителей (рис. 8.1) и рассчитывается: (8.10) где ∆ tб и ∆ tм – большая и меньшая разность температур на концах теплообменника. Для прямотока ∆ tб = - , ∆ tм = - ; для противотока ∆ tм = - , ∆ tб = - . а б Рис. 8.1. Схема движения теплоносителей в теплообменниках: а – противоток, б – прямоток
Если ∆ tб /∆ tм < 2, то можно вместо среднелогарифмического использовать среднеарифметическое значение температурного напора: ∆ tср = 0,5∙(∆ tб + ∆ tм). (8.11) При расчете теплообменных аппаратов особое место занимает определение коэффициента теплопередачи k. Поверхностные теплообменные аппараты обычно изготавливают из труб, отношение внутреннего диаметра которых к наружному dвн / dн ≥ 0,5. В таких случаях с достаточной точностью коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле (8.4) для плоской стенки.
Площадь поверхности теплопередачи для трубчатых аппаратов определяется по формуле: F = π∙dср∙n∙l, (8.12) где dср= 0,5∙(dн + dвн) – средний диаметр трубы, м; n – число труб; l – длина труб, м. Расчет теплового баланса теплообменного аппарата позволяет определить потери тепла в окружающую среду и принять соответствующие меры. Тепловой коэффициент полезного действия (КПД) теплообменника определяется: , (8.13) где Qпол – теплота, получаемая холодным теплоносителем, Qотд – теплота, отдаваемая горячим теплоносителем.
Контрольные задания Задача 1. Определить тепловой КПД теплообменника предварительного подогрева 312,5 т/ч нефти с t1 до t2. Нагревающая среда – керосин со скоростью циркуляции 92,2 т/ч и температурой 193 °С на входе и 85 °С на выходе. Плотности нефти и керосина при их средних температурах в теплообменнике равны соответственно 0,8535 и 0,791 г/см3, удельные теплоемкости – 1,884 и 2,219 кДж/(кг∙град). Таблица 8.1
Задача 2. Плоская чугунная стенка толщиной δс омывается с одной стороны горячими газами с температурой t1, а с другой стороны – водой с температурой t2. Определить плотность теплового потока и температуру обеих поверхностей стенки, если коэффициент теплоотдачи от газа к стенке α1 и от стенки к воде α2. Таблица 8.2
Задача 3. Определить площадь поверхности нагрева рекуперативного воздушного теплообменника при прямоточном и противоточном движении теплоносителей. Массовый расход воды Gв, коэффициент теплопередачи k, температура воздуха , и температура воды , соответственно на входе и выходе из теплообменного аппарата. Таблица 8.3
Вопросы 1. Определение теплопередачи, коэффициента теплопередачи. 2. Описать теплопередачу через плоскую стенку. 3. Активные и пассивные методы интенсификации теплообмена. 4. Виды теплообменников в зависимости от способа передачи теплоты. 5. Основное уравнение теплопередачи и теплового баланса. 6. Определение теплового КПД теплообменного аппарата.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Описание установки Экспериментальная установка позволяет исследовать процесс теплопередачи в кожухозмеевиковом теплообменном аппарате. Схема установки представлена на рис. 8.2. Основным элементом установки является кожухозмеевиковый теплообменный аппарат 1, выполненный из стекла, что позволяет визуально наблюдать за экспериментом. В трубном пространстве (змеевике) 2 циркулирует горячая окрашенная вода, в межтрубном - противотоком холодная вода.
Диаметр трубки змеевика d = 8x1 мм; длина трубки змеевика L =1500 мм.
Рис. 8.2. Схема экспериментальной установки
Измерение температур осуществляется при помощи хромель-копелевых термопар. Переключение термопар производится термопарным переключателем ПТ 4,который последовательно соединяет термопары с измерительным прибором 3. Измеряются: , – температуры горячей воды на входе в теплообменный аппарат и выходе из него; , – температуры холодной воды на входе в теплообменный аппарат и выходе из него. Для измерения температур используется прибор марки А - 565, который работает в паре с термоэлектрическими преобразователями. Данный прибор обеспечивает измерение температуры в цифровой форме. Диапазон измерения от -50 до 800 °С. Класс точности ±0,1 K. Расход холодной воды, проходящей через теплообменник, определяется уровнем поплавка ротаметра 9. Горячая вода в теплообменник поступает из термостата 5 марки U-4. Термостат состоит из: датчика температуры 6, нагревательного элемента, насоса 7, емкости объемом четыре литра, термометра 8 для визуального контроля за температурой в емкости. Замеры производятся при стационарном режиме, то есть при постоянных измеряемых показателях. Практически стационарным режимом можно считать такой режим, когда измеряемые температуры колеблются в пределах ± 0,5 K.
Порядок проведения опытов Перед началом работы подсоединить входной шланг системы к водопроводному крану и закрепить хомутом. Включить прибор для измерения температуры А-565 и термостат U-4 в сеть, предварительно убедившись, что емкость термостата заполнена водой. Затем открыть вентиль водопроводного крана для подачи холодной воды и установить определенный расход (30 делений по ротаметру). Задать при помощи датчика необходимую температуру воды в термостате (t1 =80 °С). Контролировать показания термопар с 1 по 4 установкой в соответствующие положения термопарного переключателя ПТ. После установления стационарного режима измерить температуры в точках 1-4 и результаты измерений занести в таблицу опытных данных (табл. 8.4). В случае I режима провести эксперименты, установив расход холодной воды на 60 делений, а затем на 90 делений по ротаметру при постоянной заданной температуре воды в термостате. В случае II режима провести эксперименты при постоянном расходе холодной воды (70 делений по ротаметру), установив следующую температуру горячей воды в термостате 60 °С, затем 40 °С.
Таблица 8.4
Здесь V 2 – объемный расход холодной воды, который определяется по показаниям ротаметра с использованием градуировочного графика расходомера (рис. 8.3). Рис. 8.3. График зависимости объемного расхода холодной воды от шкалы деления ротаметра
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; просмотров: 889; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 54.173.43.215 (0.133 с.) |