Движущая сила тепловых процессов

 

Движущей силой тепловых процессов является разность температур сред, при наличии которой тепло передается от среды с большей t^о к среде с меньшей t^о.

При теплопередаче от одного теплоносителя к другому разность между температурами теплоносителей не сохраняет постоянного значения вдоль поверхности теплообмена. Потому в тепловых расчетах, где применяется основное уравнение теплопередачи к конечной поверхности теплообмена, необходимо пользоваться средней разностью температур или температурным напором.

При выводе формулы для ∆ tср. рассмотрим теплообменник, работающий прямотоком.Сделаем рисунок.

С одной стороны стенки с поверхностью F движется более нагретый теплоноситель с нач.t^о- t_1н, теплоемкостью с₁ ( ), расходом G₁ ( кг/с ).

С другой стороны – менее нагретый теплоноситель с нач..t^о- t_2н, теплоемкостью с₂, расходом G₂.

Причем примем, что теплоемкости постоянны в течении всего процесса теплообмена. Теплообмен происходит через стенку, площадь поверхности которой F. Процесс теплопередачи установившийся.

Вследствие теплообмена, по мере течения теплоносителей вдоль стенки их температуры будут изменяться и, следовательно, и разность температур ∆ t между теплоносителями.

Возьмем элемент поверхности dF. На элементе поверхности dF более нагретый теплоноситель охлаждается на dt₁ град., а менее нагретый нагревается на dt₂ град. Значит для элемента поверхности dF можно записать уравнение теплового баланса:

Введем водяные эквиваленты:

dQ = G₁с₁(-dt₁) = G₂с₂dt₂, G₁с₁ = W₁, G₂с₂ = W₂.

(Произведение расхода теплоносителя G на его теплоемкость называется водяным эквивалентом W. Численно W означает кол-во воды, которое по своей тепловой емкости эквивалентно количеству тепла, необходимого для нагревания теплоносителя на 1^оС при заданном его расходе.).

dQ = W₁(-dt₁) = W₂dt₂

Знак “ - “ означает, что более нагретый теплоноситель охлаждается.

-dt₁ = ; dt₂ = ;

Сложим: d(t₁ – t₂) = - dQ( ), обозначим ( ) = m,

d(t₁ – t₂) = ;

d(∆ t) = - ; dQ = - . ( a )

В соответствии с основным уравнением теплопередачи:

dQ = KdF∆ t (б)

Приравниваем (а) и (б):

d(∆ t) = - KdF∆ t m. (в)

Разделим переменные и проинтегрируем выражение (в) в пределах изменения ∆ t (от t_1н-t_2н = ∆ t_н до t_1к-t_2к = ∆ t_к ) и dF (от 0 до F ). При этом считаем, что K=Const.

Тогда:

, где ∆ t_н и ∆ t_к – концевые движущие силы.

ℓ n (г)

Запишем уравнение теплового баланса для всей поверхности F:

Q = W₁(t_1н – t_1к) = W₂(t_2н – t_2к);

W₁ = ; W₂ = ;

m =

имея в виду ∆ t_н = t_1н-t_2н, ∆ t_к = t_1к-t_2к, получим

m = ; Подставим в (г)

ℓ n ; откуда

Q = . (*)

Сопоставим полученное выражение с основным уравнением теплопередачи. Видно, что ∆ t_ср ( средняя движущая сила или средний температурный напор) представляет собой среднелогарифмическую разность температур:

∆ t_ср = (**)

Уравнение (*) является уравнением теплопередачи при прямотоке теплоносителей. С помощью (*) по известным Q тепловой нагрузке и известным t_{н1, 2} и t_{к1, 2} теплоносителей можно определить величину поверхности теплообмена F .

Из уравнения (г) следует: ∆ t_к = ∆ t_н℮ ^-mKF. Этоозначает, что при прямотоке температуры теплоносителей изменяются ассимптотически.

Уравнение (**) справедливо и для противотока, если в него подставить соответственно ∆ t_δ и ∆ t_м.

∆ t_δ = t_1к – t_2н ; ∆ t_м= t_1н – t_2к

Если ; ( ), то ∆ t_СР с достаточной точностью можно определить как среднеарифметическую разность: ∆ tср = (∆ t_к +∆ t_н).

Теплообменные аппараты

Теплообменные аппараты предназначены для проведения теплообменных процессов. По принципу действия делятся на рекуперативные, регенеративные, смесительные.

1) В рекуперативных аппаратах теплоносители разделены стенкой, тепло передается через стенку.

2) В регенеративных аппаратах - одна и та же поверхность омывается попеременно различными теплоносителями. Один теплоноситель нагревает поверхность, а сам охлаждается, другой принимает тепло от поверхности – нагревается. Таким образом, необходимо наличие твердых тел, которые бы аккумулировали тепло.

3) В смесительных – передача тепла происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей.

Рассмотрим подробнее.

1) Рекуперативные теплообменные аппараты. Главная черта таких аппаратов: наличие поверхности разделяющей теплоносители.

А) В зависимости от конструкции поверхности теплообмена рекуператоры подразделяются на – кожухотрубчатые, 2-х трубчатые, змеевиковые, спиральные, оросительные. Рассмотрим кожухотрубчатые теплообменники - наиболее распространенные в химической технике. Они надежны, просты, имеют большую F теплообмена. Рассмотрим к ожухотрубчатый теплообменник жесткой конструкции (одноходовой).

Состоит из: 1- цилиндрическая обечайка-кожух,

2- трубные решетки, 3- трубы, 4-крышки, 5- днище, 6-болт; 7-прокладка; I, II-теплоносители.

К кожуху с двух сторон приварены решетки, в которых закреплен пучок труб. К кожуху при помощи фланцев болтами присоединены днища. Уплотнение обеспечивается прокладкой. Для ввода и вывода теплоносителя используются патрубки. Один теплоноситель направлен вверх, другой – вниз. 1 – в трубное пространство, II– в межтрубное, омывает трубы снаружи.

Соединение труб с трубной решеткой – сваркой или развальцовкой, редко - сальниковое уплотнение.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. А.20 К сильноточным относятся аппараты , у которых сила тока
2. Автоматизация процессов механической очистки сточных вод
3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА
4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРЕРАБОТКИ КОРМОВ
5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
6. Авторы труда «Русская военная сила» утверждают, что московские войска были разбросаны. Но, как мы показали выше, это утверждение исторически неверно.
7. Анализ структуры процессов в соответствии с ISO 9000 - стандартом на качество проектирования, разработки, изготовления и послепродажного обслуживания
8. Архангел Михаил, пожалуйста, приди сейчас ко мне и обрежь шнуры страха, через которые из меня вытекает энергия и жизненная сила.
9. Безопасность технологических процессов и производственного оборудования
10. БИЛЕТ. Магнитное взаимодействие постоянных токов. Вектор магнитной индукции. Закон Ампера. Сила Лоренца. Движение зарядов в электрических и магнитных полях.
11. Бэкон - история критерий истинности. Знание сила.
12. В общем, большая часть трейдеров решила и согласилась с тем, что тренд – восходящий.