Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Уч.пос.Тепло-массо_обм.пр.doc
Скачиваний:
23
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
3 Мб
Скачать
☆

2. Тепловые балансы

Тепло, отдаваемое более нагретым теплоносителем (Q1), затрачивается на нагрев более холодного теплоносителя (Q2), и некоторая относительно небольшая часть тепла расходуется на компенсацию потерь тепла аппа­ратом в окружающую среду (Qп). Величина Qп в теплообменных аппара­тах, покрытых тепловой изоляцией, не превышает ~3-5% полезно используемого тепла. Поэтому в расчетах ею можно пренебречь. Тогда тепловой баланс выразится равенством

Q = Q1 = Q2

где Q — тепловая нагрузка аппарата.

Пусть массовый расход более нагретого теплоносителя составляет Q1, его энтальпия на входе в аппарат I1н и на выходе из аппарата I1к. Соответственно расход более холодного теплоносителя — G2, его начальная энтальпия I2н и конечная энтальпия I2к. Тогда уравнение теплового баланса

Q = Q1(I1н – I1к) = Q2(I2к – I2н) (XI,1)

Если теплообмен протекает без изменения агрегатного состояния теп­лоносителей, то энтальпии последних равны произведению теплоемкости с на температуру t:

I1н = c1нt1н I1к = c1кt1к

I2к = c2кt2к I2н = c2н t2н

Величины с1н и с1к представляют собой средние удельные тепло­емкости более нагретого теплоносителя в пределах изменения температур от 0 до t1н (на входе в аппарат) и до t1к (на выходе из аппарата) соответ­ственно. Величины c2н, и с2к — средние удельные теплоемкости более холодного теплоносителя в пределах 0—t2н и 0—t2к соответственно. В пер­вом приближении вместо средних удельных теплоемкостей в выражения энтальпий могут быть подставлены истинные удельные теплоемкости, отвечающие среднеарифметической температуре, например t/2, при изме­нении температур от 0 до t.

В технических расчетах энтальпии часто не рассчитывают, а находят их значения при данной температуре из тепловых и энтропийных диаграмм или из справочных таблиц.

Если теплообмен протекает при изменении агрегатного состояния теплоносителя (конденсация пара, испарение жидкости и др.) или в про­цессе теплообмена протекают химические реакции, сопровождаемые тепловыми эффектами, то в тепловом балансе должно быть учтено тепло, выделяющееся при физическом или химическом превращении. Так, при конденсации насыщенного пара, являющегося греющим агентом, вели­чина I1н в уравнении (XI,1) представляет собой энтальпию поступающего в аппарат пара, а I1к — энтальпию удаляемого парового конденсата.

В случае использования перегретого пара его энтальпия I1н скла­дывается из тепла, отдаваемого паром при охлаждении от температуры tн до температуры насыщения tнас, тепла конденсации пара и тепла, выде­ляющегося при охлаждении конденсата:

Q = G(I1п – t1к) = Gcп(tп - t1нас) + Gr + Gcк (tнас – tк ( XI,2)

где r — удельная теплота конденсации, дж/кг; сп и ск — удельные теплоемкости пара и конденсата, дж/(кгград), tк — температура конденсата на выходе из аппарата.

При обогреве насыщенным паром, если конденсат не охлаждается, т.е. tk = tn = tнас, первый и третий члены правой части уравнения (XI,2) из теплового баланса исключаются.

Произведение расхода теплоносителя G на его среднюю удельную теплоемкость с условно называется водяным эквивалентом W. Численное значение W определяет массу воды, которая по своей тепло­вой емкости эквивалентно количеству тепла, необходимому для нагрева­ния данного теплоносителя на 1 °С, при заданном его расходе. Поэтому если теплоемкости обменивающихся теплом жидкостей (c1 и с2 можно считать не зависящими от температуры, то уравнение теплового баланса (XI,1) принимает вид

Q = G1с1(I1н – t1к) = G2c2(tк - t1н) (XI,3)

или

Q = Wt (t1н – t1к) = W2 (t2к - t2н) (XI,3а)

где W1 и W2 — водяные эквиваленты нагретого и холодного теплоносителя соответственно.