ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет поверхностных теплообменников из "Теплопередача и теплообменники" Нам з же известны все элементы, необходимые для определения размеров поверхности теплообмена, поэтому теперь мы только систематизируем самый метод расчета. [c.541] Начнем с составления теплового баланса, который будет различным для разных теплообменников (даже без учета тепловых потерь). [c.541] По тепловому балансу можно вычислить отсутствующие данные, если известны или предполагаются остальные параметры. Расчет облегчается путем составления наглядных схем с обозначением крайних температур и направлений потоков отдельных теплоносителей относительно друг друга (рис. 7-21). [c.542] Чаще всего потери тепла настолько малы, что ими можно пренебречь. Если же этого сделать нельзя, то следует ввести их в расчет. [c.542] Метод точного учета тепловых потерь, которые не только изменяют тепловой баланс, но и влияют на величину средней разности температур путем изменения их распределения, разработал Гаузен [11]. На практике, одиако, точный, но очень сложный метод заменяется следующим приближением. [c.543] Во втором случае через поверхность должно пройти несколько большее количество тепла Q. Если крайние температуры, согласованные таким тепловым балансом, примем для дальнейшего расчета, то совершим некоторую незначительную ошибку при определении средней разности, температур с помощью среднего логарифмического (полагая, что теплообменник работает адиабатически). [c.543] Если в одном аппарате последовательно проводятся различные, с точки зрения механизма процесса, виды теплообмена (например, перегретый пар охлаждается до температуры насыщения, затем конденсируется и, наконец, в третьей фазе конденсат охлаждается), то каждая стадия процесса должна быть рассчитана отдельно с применением присущего ей балансового уравнения. Баланс каждой стадии даст ряд диаграмм, которые в сумме составят полную картину процесса. [c.543] Рассмотрим, например, конденсатор аммиака предполагаемое давление 10,5 ата, температура входящего аммиака 65° С, температура охлаждающей воды 14° С. Жидкий аммиак охлаждается до температуры 20° С. В процессе — три последовательные стадии, проход5 щ le в одном аппарате. [c.543] Необходимо отметить, что приведенный способ разграничения зоны перегрева и зоны конденсации таит в себе некоторую неточность. Если температура стенки ниже точки росы, появляется возможность частичной конденсации пара уже в зоне перегрева, особенно в той области, где температура пара приближается к температуре насыщения. Учет конденсации при перегреве потребовал бы определения изменения температуры вдоль стенки и значительно усложнил бы расчет. Поэтому описанный приближенный метод, дающий надежные результаты, обычно применяется на практике и даже рекомендуется в литературе [57]. [c.545] В рассмотренном случае (стр. 542, п. 4) среднее логарифмическое применить нельзя, за исключением коротких теплообменников, для которых можно принять некоторое приближение. В случае ламинарного потока расчеты проводятся при помощи среднего арифметического, если формулы для а это допускают. [c.545] Такой метод расчета оправдан, так как, с одной стороны, в области конденсации пара коэффициент а завышен, но, с другой стороны, средняя разность температур в действительности ниже, чем вычисленная по средней логарифмической для всего процесса. Эти ошибки достаточно хорошо взаимно компенсируются. [c.546] Если процесс проходит в несколько стадий, то каждую из них надо рассчитывать отдельно. В этой фазе расчета появляется свобода в выборе скоростей потоков и диаметра трубок (если аппараты трубчатые). Дать какие-либо правила в этом отношении нет возможности, потому что в зависимости от назначения аппарата и материала, из которого он будет изготовлен, скорости подбираются разными методами. Ориентировочно можно сказать, что линейные скорости газов и паров под низкими давлениями колеблются в пределах от 8 до 30 м/сек, а для жидкостей 1,5 м/сек. Экономичнее большие скорости, но гидравлическое сопротивление потоку накладывает определенные ограничения. Чем дороже материал для конструкции, тем более высокие скорости применяются. [c.546] Выбор диаметра трубок зависит от назначения теплообменника. Следует избегать трубок диаметром меньще 20 мм из-за трудностей при их развальцовывании, однако часто приходится изготовлять теплообменники с большой поверхностью и малым объемом, так что применяются трубки диаметром 12 мм и даже меньше. [c.546] После выполнения предварительных ориентировочных расчетов останавливаются на некоторых скоростях теплоносителей и диаметре трубок, определяют коэффициенты теплоотдачи о , и тепловое сопротивление осадка /а (если он есть) и по ним вычисляют коэффициент К. Очевидно, этот расчет требует предварительного выбора конструкции теплообменника и установления некоторых размеров аппарата, определяющих поперечное сечение потока и его скорость. [c.546] Необходимо помнить, что величины коэффициентов а несколько изменяются по пути потока параметры, принятые для расчета, содержат ошибки предположения, на которых основывается расчет, часто являются приближенными (например, при применении перегородок не учитываются достаточно точно зазоры между ними и наружной поверхностью теплообменника, а также зазоры вокруг трубок и т. д.) одни случаи больше соответствуют известным расчетным формулам, другие — меньше. Поэтому следует, как правило, прибавлять к полученной по расчету величине поверхности некоторый запас. Этот запас обычно не превышает 30% однако, когда решающим оказывается тепловое сопротивление осадка, а частая очистка не предусматривается, резерв может достигать 100%. Наиболее дешевый теплообменник получается при торговой длине трубок 5—7 м. Поэтому сначала следует наметить основные размеры теплообменника, а затем приступить к расчету отдельных коэффициентов. [c.547] Иногда приходится отступать от описанной классической последовательности и схемы расчета. [c.547] Если коэффициент К значительно изменяется в течение процесса (так что применение средних значений К может привести к большим ошибкам), то не следует определять среднюю разность температур отдельно. [c.547] Если вследствие большой нелинейности изменения М или К ДО мы вынуждены будем разделить процесс на ступени, то описанные методы и последовательность расчета применяются для каждой ступени отдельно. [c.547] В некоторых случаях, например при естественной конвекции, конденсации или выпаривании, когда коэффициенты зависят от температурного перепада Д =2 ет — л, В могут возникнуть затруднения при оценке х. [c.547] Температура степки зависит от значения коэффициента а, который мы отыскиваем, и значения а по другую сторону стенки. Эта часть расчетов становится особенно кропотливой при установлении а кипения, так как функция в этом случае возведена в высокую степень (2,33). Таким образом, от принятия правильного значения Д/ очень сильно зависят результаты расчета. [c.547] Вернуться к основной статье