Краткие теоретические сведения

Лабораторная работа №3. Изучение процесса интенсификации теплопередачи в теплообменных аппаратах

Цель:

Определение влияния скорости теплоносителей и схем их движения на интенсивность теплообмена в рекуперативном теплообменнике.

 

Задание

1) разбить участок теплообменного аппарата «труба в трубе» заданной длинны на несколько сегментов (не менее 10);

2) для каждого сегмента рассчитать количество теплоты, переданное посредством теплообмена, между греющим и нагреваемым теплоносителем по прямоточной системе;

3) для каждого сегмента при помощи уравнений теплового баланса вычислить температуру греющего и нагреваемого теплоносителя на выходе на основании данных о расходе теплоносителей (согласно варианту);

4) задавшись температурой в первом сегменте равной температуре на выходе нагреваемого теплоносителя в п.3, аналогично определить температуру на входе нагреваемого теплоносителя в противоточной схеме;

5) построить графики распределения температур по сегментам для греющего и нагреваемого теплоносителей;

6) провести подробный анализ эффективности применения рассмотренных схем подключения.

 

Исходные данные

Данные по расходу теплоносителей и их начальным параметрам приведены в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1 – Исходные данные к расчету

Вариант	Диаметр, м	t1н, 0С	t2н, 0С	Коэффициент теплообмена, k, Вт/(м2·К)	Длина теплообменного аппарата, L, м	Расход греющего теплоносителя, G1, л/с	Расход нагреваемого теплоносителя, G2, л/с
Внутренний	Наружный
	0,2	0,202					1,7	0,8
	0,15	0,152						0,3
	0,02	0,022
	0,1	0,102						0,1
	0,05	0,052					0,2	0,2

 

 

Краткие теоретические сведения

Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя к другому. По принципу действия теплообменные аппараты подразделяются на три вида: рекуперативные, регенеративные и смесительные.

В теплообменных аппаратах рекуперативного типа тепло передается от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку, которая называется поверхностью нагрева теплообменного аппарата (рис. 3.1).

Интенсивность работы теплообменного аппарата характеризуется количеством тепла, передаваемого через единицу поверхности нагрева в единицу времени. Эта величина зависит от физических свойств теплоносителей (вязкость, теплопроводность, плотность, теплоемкость), о режима их движения, от конструктивных особенностей аппарата (размеры, материал, состояние поверхности нагрева), от средней по поверхности нагрева разности температур между греющей и обогреваемой средой.

Рисунок 3.1 – Типичные конструктивные схемы рекуперативных теплообменных аппаратов

а – «труба в трубе» противоток; б – кожухотрубный противоток; в, г, д – кожухотрубный многократный перекрестный ток; е- трубчатый перекрестный ток; ж – пластинчато-ребристый перекрестный ток; 1- горячий поток; 2 – холодный поток

 

При прямоточной схеме движения горячий и холодный теплоносители движутся вдоль поверхности нагрева в одном направлении так, что на входе в аппарат тепло передается от горячего теплоносителя к холодному при относительно большой разности температур. На выходе из аппарата тепло передается от остывшего горячего теплоносителя к холодному при меньшей разности температур.

Противоточная схема (противоток). При этой схеме движения теплоносители 1 и 2 движутся вдоль поверхности нагрева в противоположных так, что входящий в аппарат горячий теплоноситель отдает тепло уже подогретому теплоносителю.

Рисунок 3.2 – Вид теплообменного аппарата

 

Количество тепла определяется по расходу теплоносителей, их теплоемкости и изменению их температуры в теплообменном аппарате