Основы теплового расчета рекуперативных теплообменных аппаратов.

Рекуперативными ТА являются ТА, в которых теплообмен осуществляется через разделительную стенку, в каждой точке которой тепловой поток сохраняет свое направление.

Различают следующие расчеты:

1. Тепловой-конструктивный. Цель: создание нового по конструкции аппарата или выбора его из числа стандартных. Исходными данными является – расходы, начальные температуры, свойства теплоносителей, тепловая мощность аппарата. В результате расчетов определяют площадь поверхности и основные конструктивные размеры.

2. Тепловой-поверочный. Цель: определение конечных температур теплоносителя или тепловой мощности аппарата при известных размерах, начальных параметров и свойствах теплоносителя.

3. Компоновочный. Цель: установить основные соотношения между площадью поверхности нагрева, проходными сечениями каналов для теплоносителей, число ходов и др.

4. Гидравлический (аэродинамический). Цель: определить гидравлическое сопротивление каналов и затраты мощностей на перемещение теплоносителей.

5. Механический. Поверка деталей аппарата и их соединений на прочность, плотность, жесткость. Уточняются толщины трубных решеток, труб и тд.

6. Технико-экономческий.

Конструктивный тепловой расчет.

Состоит в совместном решении 2-х уравнений :

1-е уравнение теплового баланса

2-е основное уравнение теплопередачи

Уравнение теплового баланса для аппаратов работающих без изменения агрегатного состояния теплоносителя можно записать в общем виде: Q₁=Q₂+Q_пот или Q₂=Q₁* η_т.а или Q=G₁*c*(t^’’₁-t^’₁)*η=G₂*c*(t^’’_c-t^’_г); индекс 1-греющий теплоноситель, 2-нагреваемый теплоноситель.

Для аппаратов с изменением агрегатного состояния 1 из теплоносителей:

Q= D ₁* (i₁- i_к)*η=G₂*c*(t^’’₂-t^’₂)

Для аппаратов с изменением агрегатного состояния 2 теплоносителей:

Q= D ₁* (i₁- i_к)*η= D ₂* (i₂- i_пит)

Q-тепловая производительность аппарата

G₁,G₂- расходы теплоносителей греющих, нагреваемых не изменяющих свое агрегатное состояние.

С-теплоемкость теплоносителя, принятая при его средней температуре.

t^’₁,t^’’₁- температура греющего теплоносителя на входе и выходе

D₁-расход греющего пара

D₂-количество образовавшегося вторичного пара

i₁-энтальпия греющего пара на входе в теплообменник

i_к-энтальпия конденсата греющего пара на выходе

i_г-энтальпия вторичного пара на выходе

i_пит-энтальпия питательной воды на входе

На основе уравнений баланса расходы теплоносителей:

а) в теплообменниках без изменения агрегатного состояния

G=Q/c*(t^’’₁-t^’₁)*η_n; G=Q/c*(t^’’₂-t^’₂)*η_n

б)с изменением агрегатного состояния 1 или 2 теплоноителей

D ₁= G₂*c*(t^’’₂-t^’₂)/ (i₁- i_к)*η, D ₁ = D ₂* (i₂- i_пит)/ (i₁- i_к)*η

Поверхность нагрева теплообменного аппарата из уравнения Q=k*F*Δt (кДж/с)

к – коэффициент теплопередачи (Вт/м2К),

Δt-средне температурный напор;

Средний температурный напор для все ТА мб определен как среднелогарифмический температурный напор: Δt=(Δt_б-Δt_м)/ln(Δt_б/Δt_м)-для всех типов теплообменных аппаратов.

Если при противотоке значение полного водяного эквивалента W=G₁*c для обоих теплоносителей одинаковы, то Δt_б= Δt_м= Δt. Если Δt_б/ Δt_м≤4.5, то Δt=0.5 (Δt_б+ Δt_м)-0.1(Δt_б- Δt_м). Если Δt_б/ Δt_м≤1.8, то Δt=0.5(Δt_б+ Δt_м).

Полный водяным эквивалентом или полной теплоемкостью W называется количество теплоты необходимое для повышения температуры теплоносителя на 1⁰С.

Для прямоточных схем: Δt_б=t^’₁-t^’₂; Δt_м=t^’’₁-t^’’₂

При противоточной схеме: Δt_б=t^’₁-t^’’₂; Δt_м=t^’’₁-t^’₂

При перекрестном токе и в других более сложных схемах движение теплоносителя в теплообменнике Δt=Δt_прот*ε*Δt; ε*Δt-коэффициент учитывающий схему движения теплоносителей, зависит от коэффициента Р к R, которые определяются: P=(t^’’₂-t^’₂)/(t^’₁-t^’₂); R=(t^’₁-t^’’₁)/(t^’’₂-t^’₂).

Коэффициент теплопередачи.

Для круглой тубы:

k=1/(d_ср(1/α₁d_н + 1/2λ*ln(d_н/d_вн) + 1/(α₂d_вн) + R_заг), Вт/м²С.

α₁,α₂ – коэф теплоотдачи со стороны греющего и нагреваемого теплоносителя, Вт/(м² К).

λ – теплопроводность стенки Вт/(м К),.

R_заг – тепмическое сопротивление с обоих сторон.

Если толщина стенки трубки теплообменника не более 2,5 мм, то можно рассчитывать как для плоской стенки:

k=1/(1/α₁ + δ_ст/λ_ст + 1/α₂ + R_заг), Вт/м²С.