Исходное уравнение теплового баланса теплообменного аппаратаВ основу теплового расчета рекуперативных теплообменных аппаратов положены уравнения теплового баланса и обобщенные уравнения теплопередачи. Уравнение теплового баланса теплообменных аппаратов формулируется следующим образом: количество теплоты в единицу времени (за вычетом тепловых потерь), отданное нагревающим теплоносителем, равно количеству теплоты, воспринятой нагреваемым теплоносителем, и равно количеству теплоты, переданного через стенку:
где Уравнение теплового баланса теплообменного аппарата (2.1.) в зависимости от его назначения, конструктивного оформления может изменяться, но остается неизменным сформулированное равенство теплоты. Формально в уравнении (2.1.) присутствует описание двух теплоносителей - горячего и холодного, однако для большинства аппаратов, за исключением АВО, необходимо было бы учесть потери тепла в третий теплоноситель, а именно - в окружающую среду, т.е. наружный воздух. Поэтому в уравнение и введен коэффициент эффективности теплообменного аппарата, который для различных типов аппаратов обычно определен экспериментально и нормирован. Его можно уменьшить путем нанесения теплоизолирующего слоя на наружную поверхность аппарата. При отсутствии тепловых потерь (
Это соотношение действительно как для всей поверхности, так и для бесконечно малых ее элементов. Существуют два вида теплового расчета теплообменных аппаратов: конструктивный (I рода) и поверочный (II рода). В теплотехнических расчетах I рода, проводящихся чаще всего при проектировании, известны начальные и конечные температуры потоков 1. По уравнению теплового баланса (2.1) определяется количество передаваемой теплоты в единицу времени (мощность теплообменного аппарата) 2. Выбирается схема теплообмена проектируемого теплообменного аппарата (прямоток, противоток и др.). 3. Определяется средняя разность температур 4. Вычисляется комплекс 5. Далее расчеты могут быть проведены двумя путями: 5.1.Вычисляется или выбирается по оценке коэффициент тепло 5.1.Осуществляется обработка данных теплотехнического испытания теплообменного аппарата, а именно, выбирается из каталога стандартный аппарат с известной площадью и по известному значению Нопределяется k.В теплотехнических расчетах II рода известны начальные температуры потоков определяется количество передаваемой теплоты вычисляются конечные температуры потоков из уравнения теплового баланса (2.1).
Трудности в теплотехнических расчетах теплообменных аппаратов сводятся либо к определению средней разности температур (в расчетах первого рода), либо к определению количества передаваемой теплоты (в расчетах второго рода). Основной проблемой, как правило, является определение коэффициента теплопередачи, т.к. в него входит внешний и внутренний коэффициенты теплоотдачи и термическое сопротивление стенки, разделяющей теплоносители.
|
(2.1.)
; 
– полные (расходные) теплоемкости соответственно нагревающего и нагреваемого потоков (Вт/°С), называемые также водяными эквивалентами теплоносителей; 
, 
– изменение температуры нагревающего и нагреваемого потоков; 
– коэффициент эффективности теплообменного аппарата; 
, 
– расходы теплоносителей в единицу времени (кг/с); 
, 
– средние удельные теплоемкости при постоянном давлении теплоносителей, Дж/(кг · К); 
– средняя разность температур теплоносителей, называемая обычно среднелогарфмическим температурным напором (°С); 
–водяной эквивалент поверхности теплопередачи, (Вт/К), состоящий из произведения коэффициента теплопередачи k (Вт/м2К) и площади теплопередачи Н (м2),обычно приравниваемую к площади поверхности самого аппарата, хотя строго формально это разные величины.
и 
.
, 
и 
, 
, известны или подсчитывают значения величин 
.
.
; затем определяются поверхность теплопередачи 
и основные размеры теплообменного аппарата (D-диаметр трубок, L-их длинаи др.);
; требуется определить конечные температуры потоков 
; 
и 
.
