2.6. Гидравлический расчет

Как уже отмечалось, при выполнении проектных расчетов стремятся использовать стандартные теплообменные аппараты. Для многих из них по результатам испытаний натурных образцов получены эмпирические зависимости гидравлического сопротивления теплообменника в целом по каждому из теплоносителей от скорости последних (для капельных жидкостей) или от их массовой скорости (для газообразных сред), ст., например, формулы для расчета сопротивления, стандартных калорифе­ров в § 2.10.

При отсутствии таких зависимостей или при существенном отличии условий эксплуатации теплообменников от стандартных выполняют их детальный гидравлический расчет. Тогда полное гидравлическое сопро­тивление теплообменного аппарата по любому из теплоносителей пред­ставляют в виде суммы сопротивлений трения в каналах теплообменной поверхности Δр_т, местных сопротивлений вследствие необратимых по­терь при вдоде потока в каналы и выходе из них Δр_вх и Δр_вых, прочих местных сопротивлений Δр_м, обусловленных внезапным расширением, сужением, поворотами потока в проточной части теплообменника, вклю­чая штуцера, распределительные камеры и т. п.

2.8. Рекуперативные аппараты периодического действия

Рекуперативные аппараты периодического действия широко приме­няют в промышленности. К ним относят реакционные аппараты, вароч­ные и запарочные котлы, водоподогреватели-аккумуляторы (бойлеры-аккумуляторы); автоклавы и т. д. Аппараты периодического действия предназначены для нагрева воды, различных сред и материалов и под­держания необходимого температурного уровня и давления в них в те­чение некоторого периода времени. За время нагревания и стабилиза­ции в воде или другой среде накапливается теплота, протекают хими­ческие реакции, а затем вода отпускается потребителю, а обработанная, среда охлаждается. Темп и время нагревания определяются назначением аппаратов, технологией, производства и физическими свойства­ми среды.

Водоподогреватели-аккумуляторы предназначены для снятия пико­вых тепловых нагрузок отопительной системы и горячего водоснабже­ния. В этом случае большую массу воды можно нагревать в течение длительного промежутка времени теплоносителем с относительно низ­кой температурой. Нагретая в бойлерах-аккумуляторах вода, как прави­ло, расходуется в течение короткого промежутка времени, например, в душевых промышленных предприятий.

Во всех аппаратах периодического действия происходит нестацио­нарный теплообмен. Уравнение теплопередачи при нестационарном режиме работы имеет вид

, (2.69)

где τ – время работы аппарата; Δt– средний температурный напор за время τ.

При периодическом процессе нагревания или охлаждения могут из­меняться со временем температуры как обоих теплоносителей, так и только одного из них. Последнее имеет место, например, в бойлерах-аккумуляторах с паровым обогревом. Рассмотрим наиболее общий слу­чай, когда изменяются температуры обоих теплоносителей (рис. 2.24).

Уравнение теплопередачи и теплового баланса для всей поверхности теплообмена F за интервал времени dτ имеет вид

. (2.70)

Здесь Δt – средняя разность температур между теплоносителями в момент времени τ; t₁– текущее значение температуры греющего, тепло­носителя b dt₂-изменение температуры нагреваемой воды за время dτ. Температурный напор Δt в момент времени т рассчитывается как