Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
где U — коэффициент теплопередачи теплообменника с чистыми поверхностями нагрева; Ua — коэффициент теплопередачи теплообменника с загрязненными поверхностями; Rd — удельное термическое сопротивление отложения. Удобной рабочей формой записи уравнения (7.4) является следующая:
TJ _ 1
d~ Rd +UU-
Коэффициенты загрязнения для различных приложений собраны и опубликованы Ассоциацией фирм-изготовителей трубчатых теплообменников [6]. Некоторые из этих значений приве* дены в табл. 7.2. Коэффициенты загрязнения необходимо учитывать, как это показано на примере следующего уравнения
Таблица 7.2
Обычные коэффициенты загрязнения [6]
Жидкость Коэффициент
загрязнения
Rd, м2-град/Вт
Морская вода
ниже 325 К 0,00009
выше 325 К 0,0002
Обработанная питательная вода в котле
свыше 325 К 0,0002
Нефтепродукты 0,0009
Закалочное масло 0,0007
Пары спирта 0,00009
Водяной пар, не загрязненный маслом 0,00009
Промышленный воздух 0,0004
Хладагент 0,0002
Теплообменники 383
для суммарного коэффициента теплопередачи Ua неоребренных труб:
-1 R1A0 л. . (7.5)
j- + R0 + «k +
H0
hiAi
где Ud — суммарный коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-град), приведенный к наружной поверхности трубы; H0 — средний коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубы, Вт/ (м2-град); hi — средний коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности трубы, Вт/(м2-град); /?0 — удельное термическое сопротивление загрязнения наружной поверхности трубы, м2-град/Вт; Rt — удельное термическое сопротивление загрязнения внутренней поверхности трубы, м2-град/Вт; Rk— удельное термическое сопротивление материала трубы, приведенное к площади наружной поверхности трубы, м2-град/Вт; A0/Ai — отношение площади наружной поверхности трубы к площади ее внутренней поверхности.
7.4. СРЕДНЕЛОГАРИФМКЧЕСКАЯ РАЗНОСТЬ ТЕМПЕРАТУР
В теплообменнике в общем случае температуры теплоносителей не постоянны, а изменяются по длине, по мере того как тепло передается от горячего теплоносителя к холодному. По-
с, ВЫХ
Площадь поверхности
Рис. 7.7. Распределение температуры в одноходовом конденсаторе.
Площадь поверхности
Рис. 7.8. Распределение температуры в одноходовом испарителе.
этому даже при постоянном термическом сопротивлении плотность теплового потока будет изменяться по ходу потока жидкости в теплообменнике, поскольку ее значение зависит от разности температур между горячим и холодным теплоносителями в данном сечении теплообменника. Рисунки 7.7—7.10 иллюстри-Руют изменение температур либо в одном, либо в обоих теплоносителях для простого кожухотрубного теплообменника (Рис. 7.1). Расстояние между двумя сплошными линиями про-п°рционально разности температур AT между двумя теплоно-сителями.
384 Глава 7
На рис. 7.7 представлен случай, когда пар конденсируется при постоянной температуре, а другой теплоноситель нагревается. На рис. 7.8 показан случай, когда жидкость испаряется при постоянной температуре, а тепло передается от другого
Th, вх
dTh
[f
I AT
+dTe
dA
1
Th, вых
"У ус,вых
Площадь поверхности
Рис. 7.9. Распределение температуры в одноходовом прямоточном теплообменнике.
теплоносителя, температура которого понижается по мере прохождения через теплообменник. Для указанных выше случаев направление движения каждого теплоносителя несущественно и жидкость с постоянной температурой может также находиться
а Ь
Площадь поверхности
Рис. 7.10. Распределение температуры в одноходовом противоточном теплообменнике.
в неподвижном состоянии. На рис. 7.9 представлены распределения температуры для прямоточного теплообменника, а на рис. 7.10 — для противоточного. В двух последних случаях не происходит изменения агрегатного состояния вещества. Из рис. 7.9 видно, что при прямотоке независимо от длины теплообменника конечная температура холодного теплоносителя никогда не может достигнуть выходной температуры горячего теп-
Теплообменники 385
лоносителя. С другой Стороны, при противотоке конечная температура холодного теплоносителя может превышать температуру на выходе горячего теплоносителя вследствие наличия благоприятного перепада температур по всей длине теплообменника. Дополнительное преимущество схемы противотока состоит в том, что для заданного теплового потока здесь необходима меньшая площадь теплоотдающей поверхности, чем для схемы прямотока.
Для определения теплового потока в любом рассмотренном выше случае необходимо проинтегрировать уравнение
dq = UdA АГ (7.6)
rib всей площади теплоотдающей поверхности А по длине теплообменника. Если суммарный коэффициент теплопередачи U постоянный, изменение кинетической энергии не учитывается, а кожух теплообменника теплоизолирован, то уравнение (7.6) легко проинтегрировать для случаев прямотока и противотока. Уравнение теплового баланса для элементарной площади dA имеет^ вид
dq = - mhcph dTh = ± т0сро dTc = UdA (Th - T0), (7.7)
где th— массовый расход, кг/с; ср — удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(кг-град), и T — среднемассовая температура теплоносителя, К. Индексы hue относятся к горячему и холодному теплоносителям соответственно; знак плюс в третьем члене уравнения соответствует прямотоку, а знак минус — противотоку. Если удельная теплоемкость теплоносителей не зависит от температуры, можно записать уравнение теплового баланса от входного сечения до произвольного поперечного сечения теплообменника
