Расчет конечной температуры теплоносителя с учетом потерь теплоты в окружающую среду

Расчет теплообменных аппаратов по заданной тепловой эффективности

Метод основан на взаимосвязи трех безразмерных параметров:

1) η_р, η_охл

2) N или NTU

3) Отношение водяных эквивалентов

Решение производится графически. Рассмотрим 2 графика зависимости эффективности аппарата от числа единиц переноса теплоты для прямоточного и перекрестного ТА.

Рисунок 5.2 – Расчет теплообменного аппарата по методу тепловой эффективности

Порядок расчета: задаемся тепловой эффективностью η, например η = 80%. Рассчитываем водяные эквиваленты и находим отношение . Находим точку пересечения заданной тепловой эффективности со средним отношением водяных эквивалентов . Опускаем вертикаль вниз, находим N = 3,1. Затем определяем поверхность теплопередачи:

(11)

Для обеспечения заданной эффективности необходима именно такая поверхность теплопередачи. Для перекрестного тока N больше, и поверхность больше, и стоит аппарат больше.

Подобные графики приводятся в специальной литературе, справочниках.

В приближенных тепловых расчетах (поверочных и конструктивных) конечную температуру теплоносителей можно определить по приближенным формулам, получающихся из уравнения теплового баланса теплообменного аппарата, так количество теплоты, отдаваемое греющим теплоносителем в единицу времени равняется:

(1)

Тогда конечная температура:

(2)

Аналогично для нагреваемого теплоносителя:

(3)

(4)

В приближенных расчетах считает, что температура изменяется по поверхности теплопередачи по прямой линии (рис. 5.1), тогда из уравнения теплопередачи тепловой поток:

(5)

Подставляя вместо и из формулы (2) и (4) в формулу (5), получаем:

(6)

и всегда заданы в расчетах.

Теперь зная тепловой поток можно по формулам (2) и (4) приблизительно определить конечные температуры теплоносителей. Но эти формулы не учитывают потерю теплоты в окружающую среду (или приток теплоты из окружающей среды в криогенной технике), так как теплообменные аппараты, как правило, имеют температуру большую, чем температура окружающей среды, то греющая жидкость и нагреваемая жидкость будут иметь водяные эквиваленты отличные от расчетных, то есть тепловые потери горячего теплоносителя будут более сильные. Поэтому учесть влияние потерь теплоты в окружающую среду можно, изменив водяные эквиваленты теплоносителей. Если потери теплоты в окружающую среду изолированного теплообменного аппарата обозначить через , (0,5-2%) к общему количеству передаваемого тепла, то в уравнениях (2), (4) и (6) вместо действительного значения водяного эквивалента необходимо подставить значение :

(7)

где “– ” – для греющего теплоносителя (индекс 1);

“+ ” – для холодного теплоносителя (индекс 2).

При таком способе учета потерь теплоты в окружающую среду остаются справедливыми все ранее приведенные зависимости, но так как точность инженерных расчетов 3 %, а потери теплоты 2 %, то мы не пользуемся этими формулами.