Модель теплообменного аппарата

При моделировании работы аппарата с теплообменом через стенку выделяется несколько этапов процесса: переход тепла от горячего теплоносителя к более холодной стенке, поглощение тепла материалом стенки и ее нагрев, распределение тепла по объему стенки, переход тепла от стенки к холодному теплоносителю. Интенсивность перехода тепла от одного теплоносителя (например, горячего потока жидкости или газа) к другому (стенке) зависит от разности температур между ними, а также от теплового сопротивления. В расчетные уравнения обычно включают не само тепловое сопротивление. а обратную величину - коэффициент теплоотдачи h (Вт/м²*°С), представляющий собой тепловой поток через поверхность площадью 1м² при разности температур (температурном напоре) 1°С.

Полный тепловой поток q определяется произведением коэффициента теплоотдачи h на поверхность F и на температурный напор DT.

q = h * F * DT (4.29.)

Уравнение (4.29.) применимо как к нагреванию стенки от горячей жидкости, так и к нагреванию холодной жидкости горячей стенкой. При этом DT будет иметь разные знаки.

Если принебречь распространением тепла в стенке, то теплопередачу от горячего потока жидкости к холодному, находящемуся по другую сторону стенки, можно представить как процесс преодоления тепловым потоком двух последовательных тепловых сопротивлений: от горячего потока к стенке и от нагревшейся стенки к холодному потоку.

Тогда коэффициент теплопередачи a определяется из соотношения:

(4.30.)

и тепловой поток q:

q = a * F *DT (4.31.)

В этом случае считают, что теплопроводность стенки очень велика и перепад температуры в ней отсутствует.

Изменение количества тепла DQ для материального потока, связанное с изменением его температуры, равно:

(4.32.)

где r - плотность;

Ср - массовая теплоемкость;

V - объем.

Приход и расход тепла может определяться теплоотдачей (теплопередачей) h * F * DT, а в случае проточной системы с распределенными параметрами - притоком и уносом тепла с потоком на каждом элементарном участке dl:

(4.33.)

где V - объемный расход потока.

Динамическая модель трубчатых теплообменников с распределенными параметрами записывается в виде системы уравнений

(4.34.)

где Z - параметр поверхности теплообмена;

S₁ и S₂ - сечения потоков.

Разделяющая потоки стенка в модели не учитывается.