iSswV45XbM

6.Из каких материалов изготавливаются пластины теплообменников, и по какому принципу они выбираются?

7.Как рассчитывается эквивалентный диаметр каналов в пластинчатом теплообменнике?

8.Что такое безразмерный коэффициент передачи тепла NTU и как он рассчитывается?

80

Глава 9. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИАГРАММ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕЙ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ В ТЕПЛООБМЕННИКЕ

При эксплуатации теплообменников очень важно контролировать выходные параметры теплоносителей. Решение задачи своевременного предупреждения снижения экономичности и надежности аппаратов невозможно без поверочного расчета и оценки их тепловой эффективности. Использование при этом текущих значений рабочих параметров становится весьма существенным фактором. Рассмотренные же в предыдущих разделах методы теплогидравлического конструктивного и поверочного расчетов построены на критериальных уравнениях для идеальных пучков труб, снабженных перегородками. Они достаточно сложны и громоздки для их реализации особенно в судовой практике. Поэтому решение проблемы возможно на основе использования диаграмм, связывающих средний температурный напор , отношение этого напора к максимальной разнице температур между

теплоносителями Ѳ = , а также к среднелогарифмическому напору

наиболее употребляемых кожухотрубных теплообменников, и замеров действительных рабочих параметров теплоносителей. В структуре метода рассмотрено имеющее место в действительных теплообменниках распределение потоков, показанное на Рис. 18. Поток B считается основным, а остальные – учтены в методике с помощью коэффициентов

[10, С. 41].

Рисунок 18. Распределение потоков в кожухотубном теплообменнике с перегородками. B – основной поток

81

Преимущество метода поправочного коэффициента F заключается в возможности непосредственно определить отклонение эффективного движущегося температурного напора от максимально достижимого при противотоке для любой схемы движения теплоносителей. В этом состоит его удобство при расчетах теплообменников, когда заданы распределения температур и тепловые балансы, а коэффициент теплопередачи и площадь поверхности теплообмена неизвестны. В свою очередь метод Ѳ – NTU больше подходит для предварительной оценки системы, когда коэффициент теплопередачи можно рассматривать как известную и постоянную величину, или когда поверхность F можно регулировать добавлением теплообменных модулей без изменения коэффициента теплопередачи, например, - число пластин в пластинчатом теплообменнике. Основные допущения, при которых этот метод применим включают:

-постоянство по всему пространству теплообменника коэффициента теплопередачи;

-постоянство массовой скорости и удельной теплоемкости для обоих теплоносителей;

-для противоточного и однонаправленного течений температура любого теплоносителя однородна в любом поперечном сечении по ходу движения жидкости;

-для кожухотрубных теплообменников с перегородками теплота, передаваемая в отдельном отсеке между двумя перегородками, мала по сравнению с суммарным количеством переданной теплоты (число перегородок должно быть не менее пяти);

-в любом из отсеков теплообменника отсутствуют фазовые переходы теплоносителей;

-в каждом из ходов теплообменника передается одинаковое количество теплоты;

-тепловые потери в окружающую среду пренебрежимо малы.

Определение параметров сводится прежде всего к классическому уравнению теплопередачи

82

где k – результирующий коэффициент теплопередачи,

A – поверхность теплопередачи,

– эффективная средняя разность температур.

Определение количества передаваемого тепла Q возможно и через тепловой баланс устанавливаемый между двумя теплоносителями

Для схем движения, отличающихся от противоточной, поправочный коэффициент F определяется отношением:

F = . (9.4)

Параметр F можно выразить через отношение водяных эквивалентов теплоносителей или через отношение изменения температур теплоносителей R и тепловую эффективность P:

Среднелогарифмический температурный напор можно выразить и через параметры R и P:

= } . (9.7)

Число единиц переноса тепла:

Параметр Ѳ определяется следующим выражением:

83

Диаграммы построены таким образом, что, зная два из трех параметров ( , и NTU), можно определить Ѳ, а следовательно и . Фактически имеется возможность проследить на схематическом изображении диаграмм, приведенных на Рис. 19, зависимости параметров двух видов:

- зависимость Ѳ и NTU от P и R;

- зависимость F от и R.

Рисунок 19. Схематическое изображение F- P и Ѳ – P- NTU2 диаграммы

Стоит также отметить, что диаграммы рассчитаны для наиболее употребляемых кожухотрубных теплообменников [10, С. 44-48] и оценка эффективности текущей работы любого из аналогичных судовых теплообменников может быть произведена с использованием показателя P, рассчитываемого по этим диаграммам. Удобство предлагаемого метода по сравнению с классическим поверочным расчетом заключается, прежде всего, в быстроте и достаточной для инженерного расчета точности выходных температур теплоносителей, т.е. охлаждаемой и охлаждающей воды и сравнении их с теми, что были заложены проектантом в новой конструкции.

Наглядно могут быть продемонстрированы три варианта задач.

известным входным и выходным температурам обоих теплоносителей. При этом задача решается следующим образом:

84

-по уравнениям (9.5) и (9.6) рассчитывают параметры P и R;

-по рассчитанным значениям P и R для заданной схемы движения теплоносителей определяют по диаграмме значение F;

-используя уравнение (9.3), рассчитывают среднелогарифмический

-по уравнениям (9.5) и (9.6) рассчитывают P и R;

-по верхней части диаграммы находят параметр Ѳ ;

, коэффициенту теплопередачи k , поверхности теплообмена A и входным температурам. Для этого по уравнению (9.5) рассчитывают параметр R, а по уравнению (9.8) число NTU2 . Затем по Ѳ – диаграмме находят значение P, соответствующее рассчитанным значениям R и NTU2.

Третий пример может быть связан с определением необходимой площади поверхности теплообмена A по известным входной и выходной температурам обоих теплоносителей и коэффициенту теплопередачи k. Для этого:

-сначала рассчитывают по уравнениям (9.5) и (9.6) параметры R и P ;

-по найденным параметрам R и P определяют, используя диаграмму, число единиц переноса теплоты NTU2 ;

-рассчитывают площадь поверхности теплообмена A по формуле

85

Рассмотренные примеры хорошо иллюстрируются графически на рис. 9.2 со схематическим обозначением пути решения задачи.

Такой способ оценки технического состояния системы охлаждения может быть оперативно использован обслуживающим персоналом при наличии паспортных характеристик теплообменников от заводаизготовителя. Параллельно может быть также дана оценка эффективности совместной работы теплообменника и связанного с ним регулятора температуры, памятуя, что чрезмерный перепуск охлаждающей воды приводит к дополнительным бесполезным затратам вырабатываемой электроэнергии. В Приложениях 27-32 приведены рабочие диаграммы, рассчитанные для наиболее характерных рекуперативных кожухотрубных теплообменников с различными схемами движения теплоносителей, которые целесообразно использовать в практике эксплуатации систем энергетических установок.

Контрольные вопросы самопроверки к 9-й главе

1.Что представляет собой поправочный коэффициент F и как его можно определить?

2.В чем состоит отличие распределения потоков теплоносителя в межтрубном пространстве действительного кожухотрубного теплообменника с перегородками от теоретически рассчитываемого?

3.Как с использованием F и Ѳ – диаграмм находят значения выходных температур обоих теплоносителей?

4.Как с использованием F и Ѳ – диаграмм можно вычислить необходимую площадь теплообменной поверхности по известным значениям входных и выходных температур теплоносителей и коэффициенту теплопередачи, указываемому в техническом паспорте на теплообменник?

5.Как с использованием F и Ѳ – диаграмм можно рассчитать среднюю эффективную разность температур по известным входным и выходным температурам обоих теплоносителей?

86

Литература

1.Жукаускас А. Теплоотдача пучков труб в поперечном потоке жидкости [Текст] / А. Жукаускас, В. Макарявичюс, А. Шланчаускас.

– Вильнюс: Минтис, 1968. 189 с.

2.Исаченко В.П. Теплопередача [Текст]: учебник для энергетических вузов / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. – М.: Энергия,

1975. 486 с.

3. Краснощеков Е.А. Задачник по теплопередаче [Текст] / Е.А. Краснощеков, А.С. Сукомел. – М.: Энергия, 1980. 288 с.

4.Краткий справочник физико-химических величин [Текст] / под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономарёвой. – СПб: Иван Федоров, 2002. 240 с.

5.Михеев М.А. Основы теплопередачи [Текст]: учеб. пособие для вузов / М.А. Михеев, И.М. Михеева. – М.: Энергия, 1977. 342 с.

6.Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача [Текст]: учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., стереот. – М.: Аз-book, 2008. 469 c.

7.Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов

химической технологии [Текст]: учеб. пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. – М.: Альянс, 2006. 575 с.

8.Прибытков И.А. Теоретические основы теплотехники [Текст]: учебник для студ. сред. проф. образования / И.А. Прибытков, И.А. Левицкий. – М: Издательский центр «Академия», 2004. 464 с.

9.Справочник по теплообменникам [Текст]. Т.2/С 74. – перевод с англ. под ред. О.Г. Мартыненко [и др.]. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

352 с.

10.Справочник по теплообменникам [Текст]. Т.1/С 74. – перевод с англ. под ред. Б.С. Петухова, В.К. Шикова. – М.: Энергоатомиздат, 1987. 560 с.

87

ПРИЛОЖЕНИЯ

88

Приложение 2

Перевод величин из системы измерения МКГСС в международную систему единиц (СИ)

89