2. Виды и особенности теплового расчета скоростного и пластинчатого водоподогревателей рекуператиративного типа.

2.1. Скоростной водоподогреватель

Различают конструктивный и проверочный тепловой расчет теплообменного аппарата.

Цель конструктивного расчёта состоит в определении величины рабо­чей поверхности теплообменника, которая является искомым параметром. При этом должно быть известно количество передаваемой теплоты и темпе­ратуры теплоносителей на входе и выходе из аппарата.

Когда возникает необходимость работы существующего теплообменного аппарата в условиях, отличных от проектных, то выполняется проверочный расчет. Цель такого расчета – определение температур теплоносителей на выходе из теплообменника и количества передаваемой теплоты при извест­ной величине рабочей поверхности теплообменного аппарата.

На рис. 3 и 4 изображены графики изменения температуры по длине прямоточного (а) и противоточного (б) теплообменного аппарата и схема движения в них теплоносителей. Индексами 2 и 1 обозначены холодный и горячий теплоносители, а одним и двумя штрихами – их параметры на вхо­де и выходе аппарата,

Основными расчетными уравнениями при расчете теплообмена в теплообменнике являются уравнение теплового баланса и уравнение теплопере­дачи. Тепловой баланс теплообменника определяется уравнением:

(2.1)

или

(2.2)

где

- полезный тепловой поток, Вт;

- тепловая мощность, вносимая в аппарат горячим теплоносителем, Вт;

- массовый расход соответственно горячего и холодного теплоносителей, кг/с;

- средние массовые теплоемкости теплоносителей в интер­вале температур от Т^’ до Т^”, Дж/(кг*К);

- коэффициент использования теплоты,

= 0,95 - 0,99.

Р исунок 3- Графики изменения температуры по длине теплообменного аппарата

а – прямоточная; б – противоточная

Рисунок 4- Cхема движения теплообменителей в теплообменном аппарате

Величину произведения называют условным эквивалентом теплоносителя, с учетом этого уравнение теплового баланса (2.2) можно записать в виде:

где (2.3)

Таким образом, чем больше параметр W, тем меньше изменяется температура теплоносителя при протекании его через теплообменный аппарат.

Уравнение теплопередачи имеет вид:

(2.4)

где и - средние значения коэффициента теплопередачи и температурного напора для всего теплообменного аппарата.

Из (2.4) видно, что разность температур между теплоносителями изменяется по длине теплообменного аппарата.

При конструктивном расчете рабочая поверхность теплообменника определяется из уравнения теплопередачи (2.4):

(2.5)

Если тепловой поток неизвестен, он определяется из уравнения (2.1) или (2.2).

Средний температурный напор для прямотока и противотока определяется из формул:

(2.6)

(2.7)

При разница между среднелогарифмическими (2.6) и среднеарифметическими (2.7) температурными напорами не превышает 3%.

Пренебрегая кривизной стенки, что допустимо, если , можно рассчитать коэффициент теплопередачи по формуле для плоской стенки:

, (2.8)

Где

- коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к поверхности стенки, Вт/(м²*К);

- коэффициент теплоотдачи от поверхности стенки к холодному теплоносителю, Вт/(м²*К);

- толщина стенок трубок, м;

- коэффициент теплопроводности материала стенки трубок, Вт/(м²*К).

Приближенные значения и могут быть заданы, а более точные значения найдены из критериальных зависимостей.

Критериальное уравнение при вынужденном течении теплоносителя по трубам и каналам имеет следующий вид:

а) при ламинарном течении (Re<2320)

(2.9)

б) при переходном течении (Re = 2300 - 10⁴)

(2.10)

в) при турбулентном течении (Re > 10⁴)

(2.11)

где

- критерий Нуссельта;

- критерий Рейнольдса;

- критерий Грасгофа;

- критерий Прандтля;

- коэффициент температуропроводности.

Индекс «ж» показывает, что все физические параметры (приложение) теплоносителя, входящие в критерии, следует принимать по средней температуре жидкости:

(2.12)

(2.13)

Индекс «с» у критерия показывает, что физические параметры теплоносителя, входящие в критерий, необходимо брать по температуре стенки.