Тепловые балансы теплообменных аппаратов

Тепловую нагрузку теплообменного аппарата или количество теплоты, переданной от горячего теплоносителя к холодному в единицу времени, можно определить по уравнению теплового баланса.

В общем виде уравнение теплового баланса имеет вид

— для идеального теплового процесса (без учета потерь теплоты в окружающую среду)

Q = Q1 = Q2; (1)

— для реального теплового процесса (с учетом потерь теплоты в окружающую среду)

Q1 = Q2 + Qпот. (2)

Здесь Q1 – количество теплоты, отданной горячим теплоносителем, Вт; Q2 – количество теплоты, сообщенной холодному теплоносителю, Вт; Qпот – потери теплоты в окружающую среду, Вт.

При наличии теплоизоляции тепловые потери незначительны, поэтому в расчете их можно не учитывать.

Для теплообмена, протекающего без изменения фазового состояния теплоносителей, уравнение теплового баланса имеет вид

G1C1(t1н – t1к) = G2C2(t2к – t2н), (3)

Где G1; G2 – массовый расход горячего и холодного теплоносителей соответственно, кг/с;

t1н; t1к – температура горячего теплоносителя на входе (начальная температура t1н) и на выходе (конечная температура t1к), град;

t2н; t2к – то же самое для холодного теплоносителя;

С1 – удельная теплоемкость горячего теплоносителя при средней температуре tср1, кДж/(кг. град);

С2 – то же самое для холодного теплоносителя при tср2.

Из уравнения (3) определяется неизвестный расход одного из теплоносителей или неизвестная температура одного из теплоносителей. Например

— расход холодного теплоносителя определится по выражению

Тепловые балансы теплообменных аппаратов ; (4)

— температура горячего теплоносителя на выходе из аппарата

Тепловые балансы теплообменных аппаратов . (5)

При изменении фазового состояния одного из теплоносителей (например, конденсация насыщенного водяного пара) уравнение теплового баланса запишется в виде

Тепловые балансы теплообменных аппаратов , (6)

Где r1 – удельная теплота конденсации, кДж/кг. (свойства насыщенного водяного пара приведены в таблице I приложения);

х1 – степень сухости пара.

При конденсации перегретого пара с охлаждением конденсата тепловая нагрузка будет равна

Q = Qпер + Qконд + Qохл. (7)

Здесь Qпер = G1Cп(t1н – tнас) – количество теплоты, отдаваемой при охлаждении перегретого пара; Qконд = G1r – количество теплоты, отдаваемой при конденсации пара; Qохл = G1Cж(tнас – t1к) – количество теплоты, отдаваемой при охлаждении конденсата; tнас – температура насыщенного пара; Сп – теплоемкость пара; Сж – теплоемкость конденсата.

Средняя температура теплоносителя, фазовое состояние которого не меняется, можно определить как среднеарифметическую между начальной и конечной температурами

tср i = Тепловые балансы теплообменных аппаратов , i = 1, 2. (8)

Более точное значение средней температуры одного из теплоносителей определяется из уравнения

tср i = tj ± Dtср, (9)

Где tj – среднеарифметическая температура теплоносителя с меньшим перепадом температуры вдоль поверхности теплообмена;

Dtср – средняя разность температур теплоносителей, град.

Уравнение (1.9) справедливо и при изменении фазового состояния теплоносителя (кипение или конденсация), когда его температура вдоль поверхности теплопередачи остается постоянной и зависит от давления и состава теплоносителя.

Ваш отзыв

Рубрика: Теплообменники

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *