Как уже говорилось, теплообменные аппараты могут иметь самые разнообразные назначения и могут значительно отличаются друг от друга по формам и размерам, по рабочими телами, применяемых в них. Несмотря на большое разнообразие теплообменных аппаратов, основные положения теплового расчета для них остаются общими.
На практике удельная теплоемкость, которая используется в данном уравнении, зависит от температуры. Поэтому в практических расчетах к уравнению (3.2) подставляют среднее значение изобарно теплоемкости в интервале температур от t 'до t ", где f и t" - это соответственно начальная и конечная температуры теплоносителя.
При выводы основного уравнения теплопередачи (2.52) принималось, что температуры теплоносителей в теплообменном аппарате не меняются, но в общем случае температура горячего и холодного теплоносителя в теплообменных аппаратах не остается постоянной, поэтому уравнение теплопередачи (3.1) при расчетах теплообменных аппаратов можно применять только в дифференциальном виде для площади поверхности аппарата dF, а именно
dQ = k At dF.
На практике чаще используют противоточные схемы движения, поскольку при одинаковых температурах входных и выходных теплоносителей температурный напор при противотоке всегда больше, чем при прямотоком. Это означает, что при передаче того же теплового потока при противоточном схеме потребуется теплообменник с меньшей площадью теплообмена. Еще одно преимущество противоточного теплообменника заключается в том, что холодный теплоноситель в нем можно нагреть до температуры более высокой, чем температура теплоносителя, греющего на выходе, в прямоточном теплообменнике сделать невозможно.
Виды теплового расчета теплообменников
Тепловые расчеты теплообменных аппаратов могут быть проектными и проверочными.
Проектные (конструктивные) тепловые расчеты выполняют при проектировании новых аппаратов с целью определения поверхности теплообмена, обеспечивающий передачу заданного количества теплоты от горячего теплоносителя к холодному.
Наиболее простым является конструктивный расчет теплообменника, при котором известные начальные и конечные параметры теплоносителей и необходимо рассчитать поверхность теплообмена, то есть фактически сконструировать теплообменник.
Порядок проведения конструктивного расчета заключается в следующем:
- С балансового уравнения (3.2) определяют тепловой поток Q;
- По рекомендациям специальной литературы определяют необходимые скорости течения теплоносителей и конструктивные особенности теплообменника (d, проходные сечения);
- С помощью теории конвективного теплообмена рассчитывают коэффициенты теплоотдачи а, а затем - коэффициент теплопередачи k;
- По уравнению (3.5) определяют температурный напор Аксер ';
- Из уравнения теплопередачи (3.1) находят площадь F теплообменника;
- По известной площади рассчитывают длину трубок теплообменника.
При проверочном расчете известная конструкция теплообменника и
начальные параметры теплоносителей. Необходимо рассчитать конечные параметры, т.е. проверить пригодность теплообменника для имеющихся условий. Это более сложный расчет, так как в самом начале необходимо знать конечные температуры теплоносителей, поскольку они входят в уравнение теплового баланса и в уравнение теплопередачи. Часто используют метод последовательных приближений, при этом расчеты лучше проводить на ЭВМ.