Основы расчета теплообменных аппаратов.

Теплообменником называют аппарат, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями или между теплоносителями и твердыми телами (стенкой, посадкой).

Теплообменники можно классифицировать по принципу действия, назначению, способу организации движения теплоносителя и другими признаками.

В смесительных теплообменниках теплопередача происходит при непосредственно смещения теплоносителей. Эти аппараты просты, компактны и используются в том случае, если не требуется дальнейшего разделения теплоносителей (например, нагрев воды водяным паром или горячей водой).

В регенеративных теплообменниках горячий и холодный теплоноситель поочередно омывают одну и ту же теплообменную поверхность. В период контакта с горячим теплоносителем происходит разогрев посадки, которая затем в период контакта с холодным теплоносителем отдает ему аккумулированную теплоту.

В теплообменниках с промежуточными теплоносителем горячий теплоноситель отдает теплоту промежуточному теплоносителю, а тот в свою очередь холодному. Такой способ теплообмена применяется, когда нецелесообразную … горячий теплоноситель на большие расстояния.

В рекуперативных теплообменах передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному осуществляется через разделяющую стенку. К ним относятся теплообменники типа «труба в трубе» и кожухотрубчатые теплообменники. Изобразим простейший одноходовой кожухотрубный теплообменник.

II

2

I

4

II

1   3

4

I, II теплоносители. 1 – корпус, 2 – трубные решетки, 3 – труба, 4 – крышки.   Они устроены следующим образом: в корпус помещают пучок труб малого диаметра, конус которых закреплен в трубных решетках. Теплообменник имеет … для входа и выхода теплоносителей, один из которых движется по межтрубному пространству, а другой по трубам.

                                                                                             

Достоинство аппарата – компактность, технологичность в изготовлении, удобство в эксплуатации. Недостаток – трудность очистки.

Одним из основных задач расчета теплообменника является определение его коэффициента теплопередачи и других характеристик.

Тепловой поток теплопередачей определяется из выражений, соответствующих уравнениям теплопередачи и теплового баланса:

Ф = k*F*∆t_ср

Ф – тепловой поток теплообменника, k – коэффициент теплопередачи, F – теплопередающая поверхность, ∆t_ср – средний температурный напор.

Тепловой баланс теплообменника записывается следующим образом:

Ф = M₁*c₁*(t₁’-t₁’’) = M₂*c₂*(t₂’-t₂’’)

где: M₁, M₂ – расход греющей и нагреваеваемой среды;

c₁, c₂ – теплоемкость; t₁’ – температура греющей среды на входе в теплообменник; t₁’’ – на выходе из теплообменника; t₂’ – температура нагреваемой среды на входе в теплообменник; t₂’’ – на входе в теплообменника.

 

Графическое изображение изменения температур теплоносителей в теплообменнике.

t1’’   t2’’

F

t         t1’         t2’

∆tm

а

∆tб

∆tб

б

t1’   t2’’

t1’’   t2’

F

∆tm

Характер движения теплоносителей в теплообменнике может быть прямоточным а и противоточным б.

Может также иметь место перекрестный и смешанный ток.

Как видно из графиков, разность температур теплоносителей не остается одинаковой по длине теплообменника, поэтому температурный напор определяется и вычисляется как средней арифметической или средней логарифмический.

Для прямотока и противотока средний логарифмический напор равен:

∆t_ср = (∆t_б-∆t_м)/(2,3ед*(∆t_б/∆t_м)) = (∆t_б-∆t_м)/(e_n*(∆t_б/∆t_м)

где: ∆t_б и ∆t_м – большая и маленькая концевые разности температур. При ∆t_б/∆t_м≤1,5 средний температурный напор можно определить как среднеарифметический.

При этом ошибка по сравнению со среднелогарифмическим не превышает 4%.

∆t_ср = (∆t_б+∆t_м)/2

Вопросы для самоконтроля

1) Что называют теплопередачей?

2) Какие существуют способы интенсификации теплопередачи?

3) Классификация теплообменных аппаратов.

4) конструкции теплообменников.

5) Методика расчета теплообменников.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

Основная

1. Шатров М.Т. Теплотехника /М.Т. Шатров, И.Е.Иванов, С.А. Пришвин. – М.: Академия, 2011. – 288с.

2. Луканин В.Н. Теплотехника /В.Н. Луканин, М.Т. Шатров, С.Т. Негаев и др. – М.: Высшая школа, 2000. – 671с.

Дополнительная

1. Захаров А.А. Применение тепла в сельском хозяйстве. / А.А. Захаров. – М.: Колос, 1980. – 173с.

2. Кирюшатов А.И. Теплотехника. Курс лекций./А.И. Кирушатов.– Саратов, СГАУ, 2001. – 196с.

 

Лекция 7

ПОТРЕБЛЕНИЕ И СБЕРЕЖЕНИЕ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ.

 

Энергопотребление.

Энергопотребление – это процесс использования энергии или энергосистем в жизненном цикле технического объекта.

Потребителями топливно-энергетических ресурсов является промышленность, транспорт, железно - коммуникальный комплекс. 

Потребители используют топливо, энергию для производства продукции, осуществление различных работ, преобразования одних видов энергии в другие, создания энергоносителей.

Технические объекты можно разделить по группам:

1) Потребляющие различные виды топлива для производства энергии (котельные установки, двигателя внутреннего сгорания и т.д.), выполнения работы (автомобили, тракторы, тепловозы и т.п.), производства продукции (плавильные и обжиговые печи, технологическое оборудование и т.п), достижения полезного эффекта (печи сушильные, газовые горелки и т.п.).

2) использующие энергию для преобразования в другие виды энергии (паровые, гидравлические, газовые турбины, электродвигатели и т.п.), выполнение работы (насосы, компрессоры, металлообрабатывающие станки, буровые установки и т.п.), производства продукции (электрические плавильные печи, мельницы, фасовочные автоматы и т.п.), достижения полезного эффекта (пылесосы, холодильники, сушилки и др.).

3) Участвующие в передаче и распределении энергии или изменения ее параметров: оборудование энергосистем (трансформаторы, статические преобразователи и т.п.), теплообменные аппараты, трубопроводы для передачи энергоносителей (пара, газа, воды, воздуха и т.п.), механизмы (зубчатые передачи, редукторы и т.п.)

Для снижения энергозатрат следует использовать энергоэффективные технологии и соблюдать соответствующие требования.

 

Энергосбережения.

Энергосбережение предполагает реализацию комплекса правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.

Показатели энергопотребление представляют собой количественную характеристику величины затрачиваемых энергоресурсов при функционировании технического объекта, использовании его по назначении., при ремонте и утилизации. Это потребляемая мощность, коэффициент полезного действия.

Показания энергоемкости  определяют количественную характеристику потребного топлива или энергии на выполнение работы при осуществлении основных технологических процессов.

Показатель энергосодержания - суммарное количество электрической энергии, содержащейся в рассматриваемом объекте.

Показатели энергетической эффективности технического процесса или объекта выражают общую характеристику эксплуатационных свойств изделия, отражающую его техническое совершенство.

Разработаны абсолютные показатели энергоэффективности, удельные показатели энергоэффективности, относительные показатели энергосбережения, сравнительные показания энергосбережения.