Схемы движения теплоносителей в ТА. Температурный напор

Классификация ТА

Пример расчета тепловой трубы

Тепловая труба изготавливается из меди, теплоноситель вода, внешний диаметр трубы , внутренний , толщина фитиля . Фитиль выполнен из медной сетки пористостью , радиус капиллярных пор , коэффициент эффективной теплопроводности фитиля . Коэффициент проницаемости фитиля . Длина конденсатора . Тепловая труба горизонтальная , в зоне испарения соблюдаются граничные условия 2 рода (). На внешней поверхности конденсатора граничные условия 3 рода. Охлаждение конденсатора осуществляется потоком воздуха с температурой и постоянным коэффициентом теплоотдачи от трубы воздуху . Найти температуру поверхности испарителя и конденсатора, а также максимальный тепловой поток, ограниченный капиллярными силами .

Решение:

1) температура поверхности конденсатора определяется из выражения:

2) Полное термическое сопротивление стенки трубы и фитиля в зоне конденсации

В первом приближении в зоне испарения принимаем такие же R, как в зоне конденсации

3) температура поверхности испарителя

4) Площадь поперечного сечения канала

5) площадь поперечного сечения фитиля

6) Физические свойства теплоносителя вода и водяной пар определяем по средней температуре испарителя и конденсатора

По этой температуре физические свойства воды и водяной пар в примере

Скрытая теплота парообразования

7) Максимальный тепловой поток, ограниченный капиллярными силами

Таким образом тепловая труба при заданной геометрии и режимных параметрах имеет максимальную теплопередающую способность, ограниченную капиллярными силами , что в 2,56 раза больше заданного

Тема 5. Теплообменные аппараты (ТА)

Теплообменный аппарат – устройство, предназначенное для передачи тепловой энергии от боле нагретого теплоносителя к менее нагретому (холодному).

По способу передачи теплоты ТА подразделяются на:

· рекуперативные;

· регенеративные;

· смесительные;

· с внутренними источниками теплоты;

· специальные (компактные ТА).

В рекуперативных ТА теплообмен между теплоносителями осуществляется за счет теплопроводности, конвекции и, может быть, излучения через разделяющую их поверхность теплопередачи. (конденсаторы, подогреватели, каллориферы, конвекторы, парогенераторы, радиаторы и т.д.).

Регенеративные ТА – это такие теплообменные аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева (насадка) через определенные промежутки времени омывается то горячим, то холодным теплоносителем. К ним относятся воздухоподогреватели мартеновских и доменовских печей, паровых котлов нВ твердом топливе (регенераторы) и регенераторы ГТУ (газотурбинных установок). Насадка работает в нестационарном режиме: сначала она нагревается, когда через нее проходит горячий теплоноситель, а затем охлаждается, отдавая теплоту холодному теплоносителю.

В смесительных ТА передача теплоты осуществляется при непосредственном соприкосновении или смешении горячего и холодного теплоносителей. Пример: смесительные подогреватели питательной воды (ПНД – подогреватель низкого давления) на ТЭС, градирни ТЭС (охлаждающая вода из конденсатора охлаждается окружающим воздухом, тут присутствуют процессы тепло- и массообмена, т.к. капли воды испаряются в воздух).

С внутренними источниками теплоты – это электроводонагреватели (бойлеры), электрокотлы, ядерные и химические реакторы.

Специальные (компактные) ТА – это эффективные ТА на тепловых трубах, матричные ТА, капельные и струйно-капельные излучатели.

Различают следующие схемы движения теплоносителей:

1) прямоток (направление греющего и нагреваемого теплоносителей совпадают); индекс 1 – греющий теплоноситель, индекс 2 – нагреваемый.

2) противоток. Самый эффективный т.к. температура нагреваемого теплоносителя на выходе из ТА (t₂^’’) может быть больше температуры греющего теплоносителя на выходе из ТА (t₁^’’), что невозможно при прямотоке.

3) перекрестный ток;

4) смешанный ток;

5) многократный смешанно-поперечный ток.

Рассмотрим прямоточный ТА или прямоток.

Предварительно запишем уравнение теплового баланса ТА: количество теплоты, отданное греющим теплоносителем, равно количеству теплоты, воспринятым нагреваемым теплоносителем, с учетом потерь теплоты в ОС:

(1)

Если теплоноситель изменяет свое агрегатное состояние (либо конденсируется, либо кипит), то уравнение теплового баланса ТА записывается через разность теплосодержаний (энтальпий):

коэффициент сохранения теплоты >0,98.сителя на

Введем понятие водяной эквивалент или полная теплоемкость массового расхода теплоносителя – представляет собой произведение массового расхода теплоносителя на удельную теплоемкость:

Водяным эквивалентом называют такой расход воды, который переносит столько же теплоты, сколько 1 кг действительно теплоносителя (в час или в секунду). Тогда уравнение теплового баланса через водяные эквиваленты будет:

(2)

Из (2) следует:

(3)

Отношение водяных эквивалентов обратно пропорционально разности температур теплоносителя (чем больше W, тем меньше изменяется его температура по поверхности).

Рассмотрим температурный график для прямотока:

Рисунок 5.1 – к определению среднего температурного напора

В общем случае, температура вдоль поверхности теплообмена изменяется по экспоненте и без вывода температурный напор уменьшается по экспоненте:

… ………………..(4)

k – коэффициент теплопередачи ТА;

F – поверхность теплопередачи ТА;

В общем случае температурный напор может быть определен как средняя логарифмическая величина:

(5)

Если то с точностью до 3 % Δt_ср можно считать как Δt_{ср.ариф}

(6)

Формулы 5 и 6 справедливы для прямотока и противотока. И при противотоке Δt_ср. – максимальный, следовательно из уравнения теплопередачи

(7)

в противоточном ТА будет меньшей поверхность и следовательно, меньше капитальные вложения.

k – считается как для плоской многослойной стенки:

K рассчитывается даже для кожухотрубного ТА, где поверхность сделана из маленьких труб, когда (d₂/d₁) ≤ 2/

Для других схем движения вводится поправка на схему движения теплоносителя и Δt рассчитывается по выражению:

(8)

берется в справочниках по графикам

Дата добавления: 2013-12-11