Краткие теоретические сведения. Лабораторная работа №3. Изучение процесса интенсификации теплопередачи в теплообменных аппаратах

Лабораторная работа №3. Изучение процесса интенсификации теплопередачи в теплообменных аппаратах

Цель:

Определение влияния скорости теплоносителей и схем их движения на интенсивность теплообмена в рекуперативном теплообменнике.

Задание

1) разбить участок теплообменного аппарата «труба в трубе» заданной длинны на несколько сегментов (не менее 10);

2) для каждого сегмента рассчитать количество теплоты, переданное посредством теплообмена, между греющим и нагреваемым теплоносителем по прямоточной системе;

3) для каждого сегмента при помощи уравнений теплового баланса вычислить температуру греющего и нагреваемого теплоносителя на выходе на основании данных о расходе теплоносителей (согласно варианту);

4) задавшись температурой в первом сегменте равной температуре на выходе нагреваемого теплоносителя в п.3, аналогично определить температуру на входе нагреваемого теплоносителя в противоточной схеме;

5) построить графики распределения температур по сегментам для греющего и нагреваемого теплоносителей;

6) провести подробный анализ эффективности применения рассмотренных схем подключения.

Исходные данные

Данные по расходу теплоносителей и их начальным параметрам приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Исходные данные к расчету

Краткие теоретические сведения

Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя к другому. По принципу действия теплообменные аппараты подразделяются на три вида: рекуперативные, регенеративные и смесительные.

В теплообменных аппаратах рекуперативного типа тепло передается от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку, которая называется поверхностью нагрева теплообменного аппарата (рис. 3.1).

Интенсивность работы теплообменного аппарата характеризуется количеством тепла, передаваемого через единицу поверхности нагрева в единицу времени. Эта величина зависит от физических свойств теплоносителей (вязкость, теплопроводность, плотность, теплоемкость), о режима их движения, от конструктивных особенностей аппарата (размеры, материал, состояние поверхности нагрева), от средней по поверхности нагрева разности температур между греющей и обогреваемой средой.

Рисунок 3.1 – Типичные конструктивные схемы рекуперативных теплообменных аппаратов

а – «труба в трубе» противоток; б – кожухотрубный противоток; в, г, д – кожухотрубный многократный перекрестный ток; е- трубчатый перекрестный ток; ж – пластинчато-ребристый перекрестный ток; 1- горячий поток; 2 – холодный поток

При прямоточной схеме движения горячий и холодный теплоносители движутся вдоль поверхности нагрева в одном направлении так, что на входе в аппарат тепло передается от горячего теплоносителя к холодному при относительно большой разности температур. На выходе из аппарата тепло передается от остывшего горячего теплоносителя к холодному при меньшей разности температур.

Противоточная схема (противоток). При этой схеме движения теплоносители 1 и 2 движутся вдоль поверхности нагрева в противоположных так, что входящий в аппарат горячий теплоноситель отдает тепло уже подогретому теплоносителю.

Рисунок 3.2 – Вид теплообменного аппарата

Количество тепла определяется по расходу теплоносителей, их теплоемкости и изменению их температуры в теплообменном аппарате