Тепловой баланс

При расчете тепловых балансов пользуются следующими тепловыми характеристиками:

· удельной теплоемкостью (с, Дж/(кг*К) – количеством теплоты, необходимым для нагревания (охлаждения) 1 кг вещества на 1 К.

Теплоемкости зависят от температуры. Теплоемкости твердых и жидких веществ незначительно зависят от температуры, теплоемкости газов существенно увеличиваются с повышением температуры. Поэтому различают истинные теплоемкости при данной температуре и средние теплоемкости в некотором интервале температур;

· удельной энтальпией (i, Дж/кг) – количеством теплоты, которое необходимо для нагревания 1 кг вещества от 0°С (энтальпия при 0°С условно принимается равной 0) до требуемой температуры t,

· удельной теплотой фазовых превращений – количеством теплоты, которое выделяется (поглощается) при изменении агрегатного состояния 1 кг вещества (Дж/кг). При этом различают удельную теплоту парообразования (конденсации) r, удельную теплоту плавления (отвердевания) λ.

Значения удельных теплоемкостей, энтальпий и теплом фазовых превращений приведены в справочной литературе.

В процессе теплообмена теплота, передаваемая от горячего теплоносителя Q₁, затрачивается на нагрев холодного теплоносителя Q₂; кроме того, часть теплоты идет на тепловые потери Q_п в окружающую среду.

Уравнение теплового баланса в этом случае может быть записано в виде

где Q – тепловая нагрузка аппарата.

Если расход горячего теплоносителя – G1, его энтальпия на входе в аппарат – i_1н, на выходе – i_1к, расход холодного теплоносителя – G₂, его начальная энтальпия – i_2н, конечная – i_2к, то уравнение (5.3) принимает вид

Если процесс протекает без изменения агрегатного состояния теплоносителей, уравнение (5.4) с учетом (5.2) может быть записано через средние удельные теплоемкости теплоносителей с₁, с₂ и соответствующие начальные и конечные температуры теплоносителей t_Н, t_K

Если горячим теплоносителем является насыщенный пар в количестве D, который, конденсируясь, отдает теплоту холодному теплоносителю, то выделившуюся при этом теплоту можно определить по формуле

где i_s, i_конд – энтальпия насыщенного пара и конденсата соответственно.

При использовании перегретого пара в качестве горячего теплоносителя тепловая нагрузка будет представлять собой сумму следующих теплом:

Q_пер – теплота, отдаваемая при охлаждении пара от t_пар до температуры насыщения t_s (энтальпия изменяется соответственно от i_пар до i_s),

Q_конд – теплота конденсации (t_s= const),

Q_охл – теплота охлаждения конденсата от t_s до температуры t_охл

Здесь с_пар и с_конд – средние удельные теплоемкости пара и конденсата.