11. Теплообменные аппараты

11.3 Изменение температур теплоносителей при прямотоке
и противотоке в зависимости от соотношения их водяных
эквивалентов
Д
ля прямотока в зависимости от соотношения водяных эквивалентов можно выделить два случая (рис. 11.1): первый (рис. 11.1,а), когда , и второй (рис. 11.1,б), когда . В свою очередь для противотока можно выделить три случая: первый (рис. 12.2,а), когда , второй (рис. 11.2,б), когда и третий (рис. 11.2,в), когда . На рисунках изменение температур горячего и холодного теплоносителей; местный температурный напор. Можно видеть, что для противотока при обе
Рис. 11.1

кривые обращены выпуклостью вверх, при выпуклостью вниз, а при – параллельные прямые. Анализ данных, приведенных на этих рисунках, позволяет сделать следующие выводы.

1. Для прямотока температура холодной жидкости на выходе всегда меньше температуры горячей жидкости на выходе, т.е. . При противотоке может быть меньше (см. рис. 11.2,а), может быть больше (см. рис. 11.2,б), а могут быть и равны . Следовательно, при противотоке горячую жидкость можно глубже охладить, а холодную – сильнее нагреть, чем при прямотоке.

Рис. 11.2

2. При прямотоке по мере движения теплоносителей местный температурный напор всегда уменьшается (рис. 11.1). При противотоке он может уменьшаться (рис. 11.2,б), может увеличиваться (рис. 11.2,а), а может сохраняться неизменным (на рис. 11.2,в ).

Средний температурный напор является расчетной величиной. Относительно просто он рассчитывается для схем прямотока и противотока. В этом случае он называется среднелогарифмическим температурным напором.
11.4. Среднелогарифмический температурный напор
а). Прямоток
Р ассмотрим произвольный характер изменения температуры теплоносите- лей при прямотоке (рис.11.3). Здесь температуры теплоносите- лей на входе и на выходе из теплообменника. На некотором расстоянии выделим элемент поверхности . Обозначим температуры горячей и холодной жидкости на входе в этот элемент соответственно и , а разность местный температурный
Рис. 11.3 напор. Изменение местной темпе-ратуры в пределах элемента площадки для горячего и холодного теплоносителей соответственно равны и . Кроме того, и температурные напоры на входе и на выходе из теплообменника. Наконец, и их водяные эквиваленты. Тогда, используя уравнения теплового баланса и теплопередачи, можно получить следующее выражение для среднего температурного напора:
или . (11.6)
б). Аналогичное соотношение можно получить и для схемы противотока, которое будет отличаться от предыдущего лишь содержанием величин и , а именно , так как там, где горячая жидкость входит, холодная выходит и наоборот.
Иногда среднелогарифмический температурный напор записывают в виде , (11.17)
где больший или меньший из температурных напоров .
Расчеты показывают, если , то средний температурный напор с погрешностью меньше 3% можно находить как среднеарифметический:
. (11.8)
Для схем с перекрестным и смешанным током расчет среднего температурного напора производится более сложно. Для наиболее часто встречающихся случаев результаты расчета представлены в виде номограмм.