Поверочные расчёты теплообменников и их характеристик

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 14Следующая ⇒

Уравнение теплового баланса:

Q=G₁(i₁' - i₁")η_пот= G₂(i₂" -i₂'),

 где Q – количество тепла, передаваемого от первичного теплоносителя ко вторичному (тепловая мощность аппарата), ккал/ч;

G - весовой расход, кг/ч;

i - энтальпия теплоносителей, ккал/кг;

η_пот =0,97…0,99 – коэффициент тепловых потерь.

Индекс «1» относится к первичному (греющему), а индекс «2» - ко вторичному теплоносителю; одним штрихом обозначено состояние теплоносителя при входе, а двумя штрихами – при выходе.

Для аппаратов с первичным теплоносителем – конденсирующимся паром, а вторичным – нагреваемой водой (паровые теплообменники, конденсаторы):

Q=G₁(i₁' - t₁") η_пот = с ₂ G₂(t₂" - t₂'),

где t ₁ " – температура конденсата греющего пара.

Если оба теплоносителя – жидкости или конденсирующиеся газы (водяные подогреватели, маслоохладители и т. п.), то:

Q = с₁ G ₁ (t ₁ ' - t ₁ ")η_пот= с₂ G ₂ (t ₂ " - t ₂ ').

Водяной тепловой эквивалент:

W= с G - количество тепла, необходимое для нагрева G кг теплоносителя на 1°С

Уравнение теплопередачи:

Q =kFΔt_ср,

Где k – коэффициент теплопередачи, Дж /м²·с· ºС (ккал/м²·ч· ºС);

F - поверхность теплообмена, м²;

Δt_ср - средняя разность температур, °С.

Тепловая мощность аппарата:

Q =kFΔt_ср = (с G)_б δ t _м = (с G)_м δ t _б,

Где (с G)_б; (с G)_м - больший и меньший тепловые (водяные) эквиваленты теплоносителей, Дж/°С  (ккал/°С);

δ t _б; δ t _м = больший и меньший перепады температур теплоносителей, °С (см. рис. 45).

Уравнение характеристики теплообменного аппарата:

q=Q/Δ=1/[а/(с G)_б +в/(с G)_м+1/kF],

Где Q – тепловая производительность аппарата,Дж/с (ккал/ч);

q – тепловая производительность аппарата на 1°С максимальной разности температур между греющим и нагреваемым теплоносителями, Вт/°С (ккал/ч· ºС);

Δ - максимальная разность между греющим и нагреваемым теплоносителями;

а и в – постоянные коэффициенты, зависящие от схемы движения теплоносителя в аппарате приведены в таблице 9.13.

                                                                    Таблица 9.13

При изменении фазового состояния одного теплоносителя:

q=Q/Δ=1/[0,65/(с G) +1/kF], ккал/ ч· ºС,

 где (с G) - тепловой эквивалент неменяющегося теплоносителя.

При изменении фазового состояния обоих теплоносителей:

q=Q/Δ=kF.

Тепловая производительность аппарата пропорциональна максимальной разности температур греющего и нагреваемого теплоносителей ().

По характеристике теплообменного аппарата (см. рис. 4-51[7]) оценивают изменение теплопроизводительности и конечных параметров теплоносителей при изменении расхода одного из них.

Для конкретных условий теплообмена величина kF может быть выражена следующим образом:

для водяных и газовых теплообменников при турбулентном движении обеих сред: kF=Ф₀(G _П G _В)^0,5;

для пароводяных и паровоздушных теплообменников, в которых пар конденсируется, а вода или воздух движутся в турбулентном режиме: kF=Ф₀(G _В)^0,5,

где Ф₀ – тепловая производительность аппарата, отнесённая к 1°С средней разности температур и единице расхода нагреваемой воды (газа); Ф₀ - постоянный параметр аппарата, зависящий от его конструктивных особенностей, чистоты поверхности и воздушной полости (определяется опытным путём – см. главу «теплообменные установки и аппараты»).

Температурный напор на выходе воды (конечный) в пароводяном подогревателе (конденсаторе):

δ t =Δt_р ·l^{( kF/Gс)} °С, где Δt_р – разность между температурой насыщения греющего пара и температурой воды на входе в подогреватель;

G - расход питательной воды через подогреватель, кг/ч; - поверхность подогревателя, м²;

с - средняя теплоёмкость питательной воды, ккал/кг °С.

ТЕПЛОБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

Основные понятия и законы теплового излучения.

Тепловое излучение происходит как в видимой (0,4…0,76мкн), так и в невидимой (инфракрасной – 0,76…420мкн) областях спектра. Основная часть лучистой энергии приходится на волны длиной от 0,76мкн до 15 мкн.

В общем случае тепловой поток телами поглощается (Q_А), отражается (Q_R) и пропускается (Q_D):

Q= Q_А+ Q_R+ Q_D, при этом:

А=Q_А / Q - коэффициент поглощения;

D= Q_R / Q - коэффициент отражения;

R= Q_D / Q - коэффициент пропускания.

Для прозрачных тел: D=0 и А+ R=1;

Для абсолютно чёрного тела D=R=0 и А=1;

Для абсолютно белого тела А+ D =0 и R=1.

Абсолютно чёрное тело обладает наибольшей излучающей способностью по сравнению с любыми реальными телами при одинаковой температуре. Спектральная интенсивность излучения абсолютно чёрного тела зависит от длины волны и температуры (см. рис.4-53[7[).

Максимум спектральной интенсивности отвечает длине волны:

λ_тах=0,2897/Т, см.

Максимум интенсивности излучения абсолютно чёрного тела с увеличением температуры перемещается в сторону более коротких волн (закон Вина).

Тепловое излучение относят к заданному направлению или к полусфере. Его характеризуют следующие величины:

а) энергия полусферического излучения, или плотность излучения

Е, кВт/ м² (ккал/м²·ч);

б) интенсивность полусферического излучения I_λ, кВт/ м³ (ккал/м³·ч) – энергия излучения в узком интервале длин волн;

в) угловая плотность излучения i,, кВт/ стер (ккал/стер·ч) – отношение лучистого потока кВт (ккал/ч), посылаемого в данном направлении элементарной площадкой ΔF в пределах телесного угла Δω, к величине этого угла;

г) калорическая яркость кВт/ стер м² (ккал/стер·м²·ч) – отношение угловой плотности излучения к проекции площадки на плоскость, перпендикулярную направлению излучения (см. рис. 4-54[7]).

Плотность излучения чёрного тела во всём диапазоне длин волн пропорциональна четвёртой степени его абсолютной температуры (закон Стефана- Больцмана):

Е₀=С₀ (Т/100)⁴, кВт/ м² (ккал/ м²·ч),

Где С₀ =5,70 кВт/ м²°К ( 4,90 ккал/(м²·ч·°К)) – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела,

Т - температура тела, °К.

Серое тело поглощает одну и ту же долю падающего на него излучения во всём интервале длин волн. К серым телам могут быть отнесены все твёрдые тела, имеющие шероховатые или окисленные поверхности со сравнительно высокими поглотительными свойствами. Для серых тел А>1 и не зависит от температуры. Плотность излучения серого тела:

Е=АЕ₀ =ε Е₀=σ(Т/100)⁴, кВт/ м² (ккал/ м²·ч),

Где А= ε=Е/ Е₀ – степень черноты, зависящая от природы тела, характера его поверхности и температуры (см. табл. 9.14);

σ=4,9 ε   кВт/(м²·ч·°К⁴) [ккал/(м²·ч·°К⁴)] - коэффициент излучения серого тела.

Серое тело излучает энергии тем больше, чем выше его коэффициент поглощения (закон Киргофа). При этом всякое тело может излучать только в тех областях спектра, в которых оно обладает способностью поглощения лучистой энергии.

Для абсолютно чёрного тела калорическая яркость излучения, т. е. величина лучистого потока в направлении (см. рис. 4-54[7]), отнесённая к единице телесного угла Δω и единице поверхности ΔF,перпендикулярной к направлению излучения, одинакова для всех направлений (закон Ламберта).

                                                                             Таблица 9.14

Теплообмен излучением между двумя плоскими параллельными поверхностями (F=F₁=F₂) серых тел с температурами Т₁  и Т ₂ (Т₁  > Т ₂) рассчитывают по формуле:

Q_1,2=4,9 ε_пр · F ·[(Т₁ /100)⁴- (Т₂/100)⁴] кВт (ккал/ч),

 Где ε_пр – приведённая степень черноты системы тел;

F - площадь поверхности тела.

Для двух неограниченных параллельных плоскостей:

ε_пр =1/(1/ε₁+1/ε₂ -1),

Где ε₁ и ε₂ – степени черноты теплообменивающихся поверхностей.

Коэффициент теплоотдачи при теплообмене между двумя серыми поверхностями:

α_л^"=4,9·10^-8· ε_пр ·[(Т₁⁴ - Т₂⁴)/(Т₁ - Т₂)]=А ε_пр ккал/(м²·ч·°С),

Где А=4,9·10^-8· [(Т₁⁴ - Т₂⁴)/(Т₁ - Т₂)] (см. табл.9.15).

Если одно тело с поверхностью F₁ со всех сторон окружено поверхностью F₂ второго серого тела и F₂ >> F₁, то ε_пр = ε₁. количество переданного тепла определяется по формуле, приведённой выше. Для снижения теплопотерь нагретыми поверхностями их закрывают отражательными листами (экранами).

                                                                             Таблица 9.15

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры