Определение средней разности температур

Расчет температурного режима работы теплообменного аппарата состоит из определения средних температур теплоносителей и средней разности температур , а также стенок аппарата.

Рис. 1-11. Схемы движения теплоносителей в теплообменниках: а) прямоток; б) противоток; в) перекрестный ток; г) прямоток и противоток одновременно; д) многократно перекрестный ток.

Приступая к расчету температурного режима теплообменника, необходимо сначала установить характер изменения температуры теплоносителей, выбрать схему их движения так, чтобы получить максимальную среднюю разность температур. Это создает наилучшие условия для теплопередачи.

Направления движения теплоносителей 1 и 2 могут быть прямоточными, противоточными, перекрестными и смешанного тока (со сложным направлением движения теплоносителей) (рис. 1-11). Характер изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена определяется схемой движения и соотношением теплоемкостей массовых расходов теплоносителей. На рис. 1-12 представлены графики изменения температур для трех возможных соотношений теплоемкостей и массовых расходов теплоносителей.

Если температура обоих теплоносителей изменяется вдоль поверхности теплообмена, то при противотоке и прямотоке

(1-35)

где и - большая и меньшая разности температур между первичными и вторичными теплоносителями на концах теплообменника; - коэффициент учитывающий схему движения теплоносителя (при чистом прямотоке или противотоке ).

Для определения коэффициента для сложных схем движения теплоносителей находят вспомогательные величины

;	(1-35)
,

Где и - приращение температуры горячего и холодного теплоносителя.

Величина представляет собой отношение степени нагрева холодной среды к максимально возможному перепаду температур, величина - отношение степени охлаждения горячей среды к степени нагрева холодной среды.

Рис. 1-12. График изменения температур теплоносителей по поверхности аппарата при их прямотоке и противотоке.

В зависимости от величины и из графика определяют коэффициент .

В тех случаях, когда температура теплоносителей вдоль поверхности теплообмена изменяется незначительно, средняя разность температур вычисляется по упрощенной формуле как средняя арифметическая крайних напоров:

.

(1-39)

Так как значения среднеарифметического температурного напора всегда больше, чем среднелогарифмического, то расчет по формуле (1-39) справедлив при . При периодическом процессе охлаждения средняя разность температур подсчитывается по формуле

.

(1-40)

Где - начальная температура охлаждаемой жидкости; - конечная температура охлаждаемой жидкости; - начальная температура охлаждающей жидкости; - конечная температура охлаждающей жидкости;

;

(1-40)

Здесь - температура охлаждающей жидкости в любой момент времени.

Средняя разность температур при периодическом процессе нагревания подсчитывается по формуле

.

(1-41)

Здесь

,

Где - температура нагреваемой жидкости в любой момент времени.

Если аппарат имеет несколько зон (например, конденсатор паровой турбины), то среднюю разность температур подсчитывают для каждой зоны отдельно. Важное значение имеет средняя температура теплоносителей, поскольку именно при этой температуре вычисляется коэффициент теплопередачи.

Температура стенки зависит от средних температур рабочих сред и условий теплообмена. Для расчета используется уравнение

,

(1-42)

Где - удельный тепловой поток или тепловая нагрузка; - коэффициент теплопередачи; - средняя разность температур, или температурный напор; - коэффициент теплоотдачи от горячей воды к стенке; - коэффициент теплоотдачи от стенки к холодной среде; - средняя температура горячей среды; - температура стенки со стороны горячей среды; - средняя температура холодной среды; - температура стенки со стороны холодной среды.

Тогда

,

(1-43)

Отношением предварительно задаются, а затем проверяют соответствие его расчетному значению. Пересчет позволяет получить соответствие принятого значения расчетному.

Лекция