10172

-если с > 1, то расчет заканчивают;

-если с < 1, то назначают новые, скорректированные по результатам выполненного расчета значения концевых температур, и расчет повторяют вновь до получения с > 1.

1.3.2.Теплопередача при изменении агрегатного состояния теплоносителей

Если проходящая через аппарат жидкость нагревается за счет теплоты конденсации пара, то характер изменения температуры жидкости по длине поверхности нагрева соответствует рис. 1.20. Уравнение этой кривой в координатах t и F можно составить, исходя из следующих соображений. При перемещении G, кг/с, жидкости вдоль элементарной поверхности нагрева dF

ее температура изменяется на величину dt. Количество теплоты, передаваемое от конденсирующегося пара к жидкости через эту элементарную поверхность,

может быть выражено уравнением

где tн – температура насыщения пара.

Рис.1.20. Изменение температур греющего пара и подогреваемой воды по поверхности теплообменника

1 - область перегретого пара; 11 - область насыщенного пара; 111 - область переохлажденного конденсата; abcd – кривая изменения температуры греющего теплоносителя; ef - кривая изменения температуры жидкости.

43

Разделив переменные и проинтегрировав обе части уравнения в соответствующих пределах, получим:

Из этого равенства определяется конечная температура жидкости:

Для случая кипения жидкости за счет теплоты горячего газа или горячей жидкости по аналогии с предыдущим имеем уравнение

(1.60)

Знак минус перед членами, содержащими dt, поставлен потому, что приращения dt и dF имеют разные знаки. Из уравнения (1.60) аналогично предыдущему определяется конечная температура греющей жидкости или газа:

Наименьшее давление пара, при конденсации которого возможен нагрев жидкости или газа до желаемой температуры 2′′, определяется исходя из того,

что температура насыщения н, соответствующая этому давлению, должна быть больше, чем 2′′, на некоторую величину δt.

1.4. Интенсификация теплообмена в трубчатых теплообменниках Целью интенсификации процессов теплообмена является увеличение

коэффициента теплопередачи, который при чистых поверхностях теплообмена определяется коэффициентами теплоотдачи со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей. Во многих случаях физико-химические свойства применяемых теплоносителей существенно различаются, не одинаковы их давление и температура, коэффициенты теплоотдачи. Так, значение

44

Вт/(м2·К) и увеличив ребрами поверхность теплообмена со стороны воздуха

(предположим, в 10 раз) мы получим значение

теплообмена возможна при совместном увеличении коэффициентов теплоотдачи с обеих сторон, либо при равном увеличении площадей поверхностей с двух сторон.

Обычно интенсификация теплоотдачи связана с ростом затрат энергии на преодоление увеличивающихся гидравлических сопротивлений. Поэтому одним из главных показателей, характеризующих целесообразность интенсификации теплоотдачи в теплообменниках, является ее энергетическая эффективность. Повышение интенсивности теплоотдачи должно быть соизмеримо с увеличением гидравлических сопротивлений.

Применяют следующие основные способы интенсификации теплообмена:

–конструирование шероховатых поверхностей и поверхностей сложной формы, способствующих турбулизации потока в пристенном слое;

–использование турбулизирующих вставок в каналах;

–увеличение площади поверхности теплообмена путем оребрения;

–турбулизацию пристенного слоя путем организации пульсаций скорости набегающего потока и его закрутки;

–механическое воздействие на поверхность теплообмена путем ее вращения и вибрации;

–применение зернистой насадки как в недоожиженном, так и в псевдоожиженном состоянии;

–добавление в теплоноситель твердых частиц или газовых пузырьков.

Возможность и целесообразность применения того или иного способа интенсификации для конкретных условий определяются техническими

возможностями и эффективностью этого способа. Одним из наиболее широко

46

используемых способов интенсификации теплообмена (повышения теплового потока) является оребрение наружной поверхности труб при условии направления в межтрубное пространство теплоносителя с низким значением коэффициента теплоотдачи.

1.4.1. Теплопередача через ребристую стенку

Наличие ребер на стенке увеличивает поверхность ее соприкосновения с теплоносителем и тем самым уменьшает термическое сопротивление теплопередаче. Поэтому наличие ребер может использоваться как средство интенсификации процесса теплопередачи или как средство снижения температуры стенки. Пусть поверхность стенки со стороны жидкости с температурой Тж2 имеет в наличии ребра. При Тж1 Тж2 температура ребра,

равная у его основания температуре поверхности между ребрами Тс2, будет уменьшаться к его концу. Температуру среды Тж2 можно считать неизменной для всей поверхности ребра. Поэтому участки поверхности ребра, удаленные от основания, будут отдавать меньше тепла, чем участки, расположенные вблизи основания ребра. Отношение количества тепла, передаваемого поверхностью

ребер в окружающую среду Qp, к теплу, которое эта поверхность могла бы передать при постоянной температуре на поверхности ребер, равной температуре у их основания, Qp, называется коэффициентом эффективности ребер

Коэффициент эффективности ребер всегда меньше единицы. Чем резче меняется температура вдоль ребра, тем меньше коэффициент эффективности.

Для коротких ребер, выполненных из высокотеплопроводных материалов,

коэффициент эффективности близок к единице. Определим тепловой поток через плоскую стенку, площадь гладкой поверхности которой F1, а площадь ребристой поверхности – F2. Площадь F2 складывается из площади боковой поверхности ребер Fp и площади межреберных участков Fм. При стационарном

47