Тепловой расчет рекуперативного теплообменника

Виды тепловых расчетов. Различают два вида тепловых расчетов: проектный и поверочный. При проектном расчете задается тепловая мощность теплообменника или массовые расходы теплоносителей и изменения их температуры. Искомой величиной является поверхность теплообмена F, определив которую в дальнейшем осуществляют конструктивное оформление теплообменного аппарата.

Поверочный расчет выполняется для теплообменника с известной величиной поверхности теплообмена. Целью расчета является определение теплового потока Q и температуры теплоносителей на выходе из теплообменника.

Основные положения теплового расчета. В основе теплового расчета теплообменного аппарата лежат два уравнения: теплового баланса и теплопередачи.

Уравнение теплового баланса. Пусть массовый расход в единицу времени [кг/c] горячего теплоносителя , а холодного – . Если на некотором элементарном участке поверхности энтальпия горячей жидкости уменьшилась на ( ), а холодной жидкости увеличилась на , то при отсутствии тепловых потерь

.

При конечном изменении энтальпии

 

или .

 

Здесь и – энтальпия горячего и холодного теплоносителей на входе и выходе из теплообменника.

Если = const , то , тогда уравнение теплового баланса запишется в виде

.

Из термодинамики известно, что – полная расходная теплоемкость [Вт/К], которую обозначают буквой С. Тогда

 

.

,

 

т.е. изменение температур теплоносителей обратно пропорционально их полным расходным теплоемкостям.

C учетом потерь теплоты в окружающую среду уравнение теплового баланса запишется в виде

,

где – коэффициент потерь теплоты в окружающую среду в процессе теплообмена, = 0,97 – 0,99.

Уравнение теплопередачи. При рассмотрении теплопередачи через плоскую стенку было получено уравнение теплопередачи . Однако это уравнение справедливо для частного случая, а именно при и , т.е. когда температуры теплоносителей не изменяются вдоль поверхности. Но в теплообменном аппарате (если это не конденсатор) температура горячего теплоносителя уменьшается, а холодного – увеличивается, что приводит к изменению разности температур теплоносителей. Поэтому возникает вопрос относительно того, какая разность температур должна входить в уравнение теплопередачи. Запишем уравнение теплопередачи для элемента поверхности dF:

,

где – местные температуры горячего и холодного теплоносителей. Тепловой поток через всю поверхность F найдется, как

.

Коэффициент теплопередачи слабо зависит от температуры, поэтому можно принять, что = const . Тогда

,

где – среднеинтегральный температурный напор,

.