Лекция 11. Расчет теплообменных аппаратов

_Тема: Основы расчета теплообменных и испарительных устройств. Теплообменные устройства

После определения теплововых нагрузок аппаратов какой-либо тепловой установки проводится расчет, имеющий целью определения необходимой поверхности теплообмена. В этот расчет “a priori” закладываются некоторые представления о конструкции установки, поэтому такой расчет называют конструкторским.

Для установок, использующих низкопотенциальное тепло, стремятся использовать такие конструкции, в которых бы были минимальные потери давление на перекачку теплоносителей, а также стремятся так организовать процесс теплообмена, чтобы при малых температурных напорах обеспечивалась высокая эффективность теплообмена, то есть коэффициенты теплоотдачи были достаточно высокие. Указанной совокупности требований наиболее полно удовлетворяют так называемые оросительные аппараты, в которых рабочее вещество стекает по поверхности теплообмена в виде тонкой пленки. Такие аппарты еще называют тонкопленочными.
Однако общие методы расчета теплообменных аппаратов развиты безотносительно к конкретным конструкциям. Конструктивный фактор учитывается только при расчете соответствующих коэффициентов теплоотдачи. Поэтому рассмотрим общий метод расчета теплообменников, поскольку этот этап необходим при создании теплоиспользующей установки и разработки ее конструкции.
При расчете теплообменников используются два уравнения - уравнение теплового баланса для каждого теплоносителя и уравнение теплопередачи. Кроме того при расчете необходимо задать определенную схему движения теплоносителя: прямоток (движение в одну и ту же сторону); противоток (движение в противоположных направлениях); перкрестный ток (движение под углом 90^о ); комбинированные схемы движения .
Таким образом, для выполнения расчета должна быть принята определенная схема аппарата и схема движения теплоносителей.
На рис.11.1 приведены схемы изменения среднемассовой температуры теплоносителей при прямотоке и противотоке. Для определенности ниже будем рассматривать схему расчета при прямотоке. Уравнение теплопередачи для элемента поверхности dF запишется в виде