12. Сложный теплообмен icon

12. Сложный теплообмен




Скачати 90.91 Kb.
Назва12. Сложный теплообмен
Дата17.02.2014
Розмір90.91 Kb.
ТипДокументи
1. /4 курс/Mенеджмент.doc
2. /4 курс/_стор_я _нженернох д_яльност_.doc
3. /4 курс/Безпека життєд_яльност_.doc
4. /4 курс/Г_дравл_ка, г_дро- та пневмопривод.doc
5. /4 курс/Детал_ машин.pdf
6. /4 курс/Електротехн_ка, електрон_ка _ м_кропроцесорна техн_ка.doc
7. /4 курс/Конструкц_х кол_сних та гусеничних транспортних засоб_в.doc
8. /4 курс/М_кроеконом_ка.rtf
9. /4 курс/Основи еколог_х.doc
10. /4 курс/Основи наукових досл_джень.doc
11. /4 курс/Основи технолог_х виробництва кол_сних та гусеничних транспортних засоб_в.doc
12. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 10c. Кратко.doc
13. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 11c. Кратко.doc
14. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 12c. Кратко.doc
15. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 13с. Кратко.doc
16. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 14с. Кратко.doc
17. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 15с Кратко.doc
18. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 1с. Кратко моя.doc
19. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 1с. Кратко.doc
20. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 2с. Кратко.doc
21. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 3с. Кратко.doc
22. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 4c. Кратко.doc
23. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 5c. Кратко.doc
24. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 6с. Кратко.doc
25. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 7c. Кратко.doc
26. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 8c. Кратко.doc
27. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 9с. Кратко.doc
28. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Метод. ТОТзаочн.doc
29. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Раб. пр. ТОТ.doc
10. Конвективный теплообмен
Методичні вказівки та індивідуальні завдання
Програма навчальної дисципліни Основи наукових дослiджень та технiка експерименту
Методичні вказівки та контрольні завдання для студентів заочної
Методичні вказівки до виконання індивідуальних робіт з дисципліни «Мікроекономіка» Тематика індивідуальних завдань з дисципліни «Мікроекономіка»
Методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Конструкції колісних та гусеничних транспортних засобів» для студентів напряму 050503 машинобудування /Укл.: В. К. Сидоренко, О. М. Лосіков. Дніпропетровськ: нметАУ, 2012. 50 с
Методичні вказівки до вивчення дисципліни «Електротехніка, електроніка і мікропроцесорна техніка», література, пояснення до виконання індивідуальних завдань
Методичні вказівки до вивчення матеріалу кожної теми та наводяться запитання для контролю якості засвоєння тем. Даються методичні вказівки до виконання контрольної роботи, а також варіанти вихідних даних для неї
Методичні вказівки і індивідуальні завдання з дисципліни «Історія інженерної діяльності» для студентів спеціальностей 090202, 090218, 092301
Методичні вказівки до самостійного вивчення тем, передбачених програмою дисципліни «Mенеджмент», завдання до контрольної роботи та методичні вказівки до її виконання
Тема 14. Газообразное топливо и его сжигание
11. Теплообмен излучением
12. Сложный теплообмен
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности
Закон термодинамики
Тема термодинамические процессы
Тема основные термодинамические понятия и законы
Тема основные термодинамические понятия и законы
Тема теплоёмкость газов
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения
Закон термодинамики
6. Теоретические основы теплотехники 1998г
7. Тепловые двигатели
8. Теоретические основы теплотехники 1998г
9. Теплопроводность
Методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни "Теоретичні основи теплотехніки" для студентів спеціальностей 090202, 090218
Національна металургійна академія україни

Тема 12. Теоретические основы теплотехники 1998г.


12. Сложный теплообмен.

Теплообменные аппараты


12.1. Сложный теплообмен

В действительных условиях работы различных теплообменных устройств теплота передается одновременно теплопроводностью, конвек­цией и излучением. Такое явление называется сложным теплообменом.

Например, в газоходах паровых котлов теплота передается не толь­ко излучением, но и конвекцией. В этом случае суммарный тепловой поток

(12.1)


Если в качестве основного процесса теплообмена принято тепловое излучение, то

. (12.2)

Перенос теплоты конвекцией здесь учитывается увеличением при­веденной степени черноты системы за счет


. (12.3)

В тех случаях, когда конвективная составляющая теплового пото­ка значительно превышает лучистую составляющую, в качестве ос­новного процесса принимается конвекция, и тепловой поток опреде­ляется уравнением:

, (12.4)

где

. (12.5)


12.2. Теплопередача через плоскую стенку

Передача теплоты от одной подвижной среды (жидкости или газа) к другой через разделяющую их твердую стенку любой формы назы­вается теплопередачей. Примером теплопередачи служит перенос теп­лоты от дымовых газов к воде через стенки труб парового котла, вклю­чающий в себя конвективную теплоотдачу от горячих дымовых газов к внешней стенке, теплопроводность в стенке и конвективную тепло­отдачу от внутренней поверхности стенки к воде. Особенности проте­кания процесса на границах стенки при теплопередаче характеризуются граничными условиями третьего рода, которые задаются темпера­турами жидкости с одной и другой стороны стенки, а также соответ­ствующими значениями коэффициентов теплоотдачи.

Рассмотрим процесс теплопередачи через одно­родную плоскую стенку толщиной (рис. 12.1). Заданы коэффициенты теплопроводности стенки , температуры окружающей среды tж1 и tж2, коэффициенты теплоотдачи 1 и 2. Необходимо найти тепловой поток от горячей жидкости к холодной и температуры на поверхностях стенки tс1 и tс2. Плотность теплового потока от горячей среды к стенке определится уравнением (9.14)

.


При стационарном режиме этот же тепловой поток пройдет путем теплопроводности через твердую стенку и будет передан от второй поверхности стенки к холодной среде за счет теплоотдачи:

, .

Перепишем приведенные уравнения в виде:







Складывая левые и правые части полученных равенств, запишем



Отсюда

, (12.6)

где

. (12.7)

Величина k называется коэффициентом теплопередачи, который выражает количество теплоты, проходящее через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между горячей холодной и горячей жидкостью, равной 1К (размерность Вт/(м2К)). Величина об­ратная коэффициенту теплопередачи, называется полным термическим сопротивлением теплопередачи

(12.8)

Величины и называются термическими сопро­тивлениями теплоотдачи. Температуры на поверхностях однородной стенки определяются из уравнений:

(12.9)

(12.10)


12.3. Пути интенсификации теплопередачи

При неизменной разности температур между горячим и холодным теп­лоносителями передаваемый тепловой поток зависит от коэффициента теплопередачи. Так как теплопередача представляет собой сложное явление, рассмотрение путей ее интенсификации связано с анализом частных составляющих процесса. В случае плоской стенки

.

Увеличение k может быть достигнуто за счет уменьшения толщины стенки и выбора более теплопроводного материала. Если термическое сопротивление теплопроводности стенки мало, то при



Отсюда видно, что коэффициент теплопередачи всегда меньше самого малого из коэффициентов теплоотдачи. Следовательно, для увеличения коэффициента теплопередачи нужно увеличивать наимень­шее из значений коэффициентов теплоотдачи 1 или 2. Если 12, то необходимо увеличивать и 1 и 2 одновременно.

Если увеличить наименьший коэффициент теплоотдачи не удается, теплообмен можно интен­сифицировать путем оребрения стенки со стороны меньшего коэффициента теплоотдачи.


12.4. Назначение, классификация и схемы теплообменных аппаратов

Теплообменными аппаратами называются устройства, предназна­ченные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. В зависимости от способа передачи теплоты они бывают контактными и поверхностными.

В контактных (смесительных) аппаратах теплообмен осуществляет­ся путем непосредственного соприкосновения и смешения горячей и холодной жидкости. Эти аппараты применяются главным образом для охлаждения и нагревания газов водой или охлаждения воды воздухом. В них теплообмен сопровождается массообменном. Одним из основных параметров, определяющих интенсивность процесса в смесительных аппаратах, является величина поверхности соприкосновения теплоносителей. Для увеличения этой поверхности поступающая в аппарат жидкость распыляется на мел­кие капли с помощью специальных форсунок. К смесительным аппара­там относятся скрубберы, градирни, струйные теплообменники.

Поверхностные теплообменные аппараты разделяются на регенеративные и рекуперативные. В регенеративных - теплота горячих газов сначала аккумулируется в теплоемкой насадке (кирпичах, керамиче­ской сыпучей массе, металлических листах, шарах). Затем передается нагреваемому газу (воздуху) путем его продувания через горячую на­садку. Схема регенератора с неподвижной насадкой приведена на рис. 12.2. Непрерывный процесс теплопередачи между теплоносите­лями по этой схеме осуществляется с помощью двух регенераторов: когда в одном из них происходит охлаждение горячего теплоносителя, в другом нагревается холодный теплоноситель. Затем аппараты пере­ключаются с помощью клапанов 1 и 2, после чего в каждом из них про­цесс теплопередачи протекает в обратном направлении.

В рекуперативных аппаратах теплота от горячего теплоносителя передается холодному через разделяющую стенку. К таким аппаратам относятся паровые котлы, подогреватели, конденсаторы. Схема про­стейшего кожухотрубного рекуперативного теплообменника приведена на рис. 12.3. Кожухотрубные теплообменники состоят из пучка труб 3, концы которых закреплены в специальных трубных решетках 2. Пучок труб расположен внутри общего кожуха 1, причем один из теп­лоносителей A движется по трубам, а другой B — в пространстве между кожухом и трубами (межтрубном пространстве). Движение жидкости в теплообменных аппаратах осуществляется по трем основ­ным схемам: прямотока, противотока и перекрестного тока. В схеме прямотока горячая и холодная жидкость движутся параллельно в од­ном направлении, а в схеме противотока — в противоположных на­правлениях. В схеме перекрестного тока движение одного теплоноси­теля перпендикулярно движению другого. На практике встречаются более сложные схемы, включающие различные комбинации основных схем.


12.5. Конструкторский и поверочный расчёт теплообменных аппаратов

Тепловой расчет теплообменного аппарата может быть проектным, целью которого является определение поверхности теплообмена, и поверочным, в результате которого при известной поверхности нагрева определяются количество передаваемой теплоты и конечные температуры теплоносителей. В обоих случаях основными расчетными уравнениями являются:

уравнение теплопередачи

(12.11)

уравнение теплового баланса, которое при условии отсутствия теп­ловых потерь имеет вид:

(12.12)

где G — массовый расход теплоносителя, кг/с; i — удельная энталь­пия, Дж/кг. Здесь и далее индексы 1, 2 относятся соответственно к го­рячей и холодной жидкостям, индексы ', " — к параметрам жидкости на входе в аппарат и на выходе из него. Полагая, что cр=const, уравнение теплового баланса можно записать так:

(12.13)

Величина Gсp представляет собой полную теплоемкость массового расхода теплоносителя в единицу времени и называется расходной теплоемкостью, или водяным эквивалентом. Из уравнения (12.13) следует:

(12.14)

то есть в теплообменных аппаратах температуры горячей и холодной жид­костей изменяются пропорционально их расходным теплоемкостям. В общем случае температуры жидкостей внутри теплообменника не остаются постоянными. Поэтому уравнение теплопередачи (12.11) справедливо лишь для элемента поверхности теплообмена dF, то есть



Общий тепловой поток через поверхность теплообмена F опреде­ляется как интеграл



Коэффициент теплопередачи k в большинстве случаев изменяется вдоль поверхности теплообмена незначительно, и его можно принять постоян­ным. Тогда

(12.15)

где t — среднее значение температурного напора по всей поверхности нагрева.


Для некоторых простых схем теплообменных аппаратов величина среднего температурного напора может быть определена аналитиче­ским путем. Рассмотрим теплообменный аппарат, работающий по схе­ме прямотока (рис. 12.4). Тепловой поток, передаваемый через элемент поверхности dF, определится уравнением теплопередачи

(12.16)

При этом температура горячей жидкости понизится на dtж1, а холодной - повысится на dtж2. Следовательно

(12.17)

Отсюда

(12.18)

Изменение температурного напора при этом определится уравне­нием

(12.19)

где .

Подставив в уравнение (12.19) значение dQ из (12.16), получаем

(12.20)

Обозначив tж1—tж2=ti, перепишем (12.20) в виде:

(12.21)

Интегрируя при постоянных m и k, получаем или

(12.22)

где t’=t’ж1—t’ж2 и t”=t”ж1—t”ж2 температурные напоры на входе и выходе из аппарата.

Перепишем уравнение (12.22) в виде:

. (12.23)

Из (12.13) и (12.14) найдём

и .

Подставим найденные значения C1 и C2 в (12.23) и получим:





Тогда

(12.24)

Однако Q=kFt. Поэтому

(12.25)

Полученное значение температурного напора называется среднелогарифмическим. Точно также выводится формула для среднего тем­пературного напора аппарата с противотоком (рис. 12.5).


Зная величины t, Q и k, можно вычислить поверхность теплообмена:

. (12.26)

Сравнение средних температурных напоров показывает, что при одинаковых температурах теплоносителей на входе и выходе из аппа­рата наибольший температурный напор получается в теплообменнике с противотоком, наименьший — с прямотоком. Благодаря большей величине среднего температурного напора рабочая поверхность тепло­обменника с противотоком оказывается меньшей, чем с прямотоком. Следует отметить, что в тех случаях, когда расходная теплоемкость одного из теплоносителей значительно отличается от другого, или когда средний температурный напор значительно превышает изменение тем­пературы одного из теплоносителей, обе схемы будут равноценны.

При поверочном расчете теплообменников поверхность теплообмена задана.

Известны также начальные температуры жидкостей и их рас­ходные теплоемкости. Искомыми являются конечные температуры и передаваемый тепловой поток. В приближенных расчетах принимают, что температуры рабочих жидкостей изменяются по линейному закону. В точных расчётах используют метод последовательных приближений. Сущность этого метода заключается в следующем. Задаются температурой t”ж1 горячей жидкости на выходе из теплообменного аппарата и из (12.13) находят передаваемый тепловой поток и температуру t”ж2 холодной жидкости на выходе из теплообменного аппарата.

(12.27)

Затем определяют значение Q из (12.24). Если значение Q, определённое из (12.24), оказывается большим его же значения, рассчитанного с помощью выражения (12.13), значение t”ж1 уменьшают и повторяют расчёт. В противном случае t”ж1 увеличивают и снова повторяют расчёт. Эту процедуру продолжают до тех пор, пока последующее значение Q не будет отличаться от предыдущего на некоторую заранее заданную величину. Например, на величину, не превышающую одного процента предыдущего значения Q.

Схожі:

12. Сложный теплообмен iconПавлова Е. В., студентка Тольяттинский государственный университет проблемы внедрения управленческого учета в систему учета на отечественном предприятии
Управление современным предприятием это сложный процесс преобразования предприятия как открытой системы в необходимое состояние,...
12. Сложный теплообмен iconОбучение аудированию на начальном этапе в неязыковом вузе исходные предпосылки
Механизм аудирования как процесс распознавания слуховых образцов очень сложный и пока до конца не познан. Есть предположение, что...
12. Сложный теплообмен iconМеханика, конструктив, технологии предварительного напряжения тонкостенных конструкций
Такие особенности обуславливают не однозначно сложный характер напряжённо-деформированного состояния (ндс). Изменяясь по текущим...
12. Сложный теплообмен iconЗ., Хаялиева С. З. Техническое творчество как фактор развития профессиональной компетентности студентов постановка проблемы
О решения зависит общий экономический и культурный уровень общества. Процесс творчества – сложный и многовариантный. Формирование...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи