Общее описание

Теплообменные аппараты (теплообменники) – устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому.

В качестве теплоносителя в теплообменниках используется пар, горячая вода, продукты сгорания и др.

В сельском хозяйстве теплообменники применяются для нагревания воздуха, используемого при сушке продуктов и обогреве теплиц и парников; для нагревания воды, идущей на технологические цели и отопление; для охлаждения молока и отводов тепла из систем охлаждения д.в.с. и т.д. Теплообменные аппараты выполняются с простыми и сложными схемами движения теплоносителей.

К простым схемам относятся:

- прямоток – теплоносители движутся в одном направлении;

- противоток – теплоносители движутся в противоположном направлениях;

- перекрестный ток – теплоносители протекают во взаимно перпендикулярных направлениях. Например, в радиаторе д.в.с.

Тепловой расчет теплообменных аппаратов основан на уравнениях теплового баланса и теплопередачи

Ф₁-DФ=Ф₂; (1.1)

Ф=КАDt (1.2)

где: Ф₁ и Ф₂ – тепловые потоки 1 (горячего) и 2 (холодного) теплоносителей, Вт;

DФ – потери теплоты в окружающую среду (при хорошей изоляции теплообменника ею можно пренебречь), Вт;

и – массовые расходы, кг/с;

с_р1 и с_р2 – массовые теплоемкости, Дж/(кг× К), для воды с_р = 4190 Дж/(кг× К);

- температуры горячего теплоносителя на выходе и входе в теплообменник, °С;

- то же для холодного теплоносителя, °С;

А – величина поверхности теплообменника, м²;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²× К);

Dt – средний по поверхности теплообменника температурный напор.

При движении теплоносителей по схемам «прямоток» и «противоток» среднелогарифмический температурный напор определяют по формуле:

, (1.3)

где Dt_d и Dt_м – температурные напоры в разных концах теплообменника, наибольший и наименьший (см. рисунок 3.1).

а) б)

Рисунок 3.1 Схемы теплообменников и изменения температуры в них: а) прямоток; б) противоток.

Если температурный напор вдоль поверхности теплообменника изменяется незначительно и выполняется отношение (1.4)

Dt_б/Dt_м £ 1, 7 (1.4)

то среднелогарифмический температурный напор можно заменить среднеарифметическим (с ошибкой не более 3%)

Dt=Dt_ср=0, 5(Dt_б + Dt_м). (1.5)

При перекрестном токе и сложных схемах движения теплоносителей средний температурный напор вычисляется по формуле:

Dt_ср= Dt× e_м, (1.6)

где Dt – средний температурный напор, подсчитанный для противотока;

e_м – поправочный коэффициент, который зависит от схемы движения теплоносителей и определяется по номограммам, приведенным в литературе.