- •Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения в химических технологиях.
- •Курс лекций.
- •Москва 2004.
- •Содержание
- •Введение.
- •Горячий воздух
- •Влажный воздух
- •Сухой воздух
- •Горячий кокс
- •Холодный кокс
- •II. Процессы преобразования энергии в сберегающих устройствах химических технологий.
- •Теоретические основы процессов тепломассопереноса в энерго- и ресурсосберегающих устройствах.
- •1. Теплопроводность
- •Тепловой поток через плоскую стенку.
- •2. Конвекция
- •Теплоотдачи в замкнутом объёме.
- •2.3. Теплопередача от основания теплообменника через оребренную поверхность.
- •2.4 Тепловой расчёт рекуператоров.
- •2.5. Аэродинамический (гидравлический) расчёт теплообменных устройств.
- •Излучение.
- •3.2. Лучистый теплообмен тел в прозрачной среде.
- •Лучистый теплообмен между двумя серыми телами, произвольно размещёнными в пространстве.
- •Формулы для расчётов коэффициентов облучённости и взаимных поверхностей для замкнутой системы двух излучающих тел.
- •Результативное излучение.
- •Действие экранов.
- •3.3. Лучистый теплообмен в поглощающей среде.
- •Серая среда.
- •Излучение газов.
- •- Тепловая мощность излучения
- •Поправка на парциальное давление водяных паров, при .
- •Поправка на взаимное перекрытие полос излучения углекислоты и водяных паров.
- •Приближённый метод расчёта .
- •Излучение запылённых потоков газа.
- •Теплообмен в топках котельных агрегатов.
- •3.4. Совместные действия излучения, конвекции и теплопроводности.
- •Механизм переноса тепла.
2.3. Теплопередача от основания теплообменника через оребренную поверхность.
Рис 2.3 Расчётная схема теплопередачи через оребренное основание теплообменника:
1 – направление движения горячего теплоносителя температуры tг;
2 – перекрёстное направление движения потока холодного теплоносителя температуры tx;
3 – тонкое ребро прямоугольного сечения;
4 – оребрённое основание;
5 – “адиабатическая”теплоизоляция;
6 – окружающая среда;
7 – направление теплового потока Q.
Тепловой поток от теплоносителя большей температуры tгк теплоносителю с меньшей температуройtxпередаётся через основание 4 теплообменника к плоскости основания рёбер температурыt2. Затем тепловой поток разделяется на две параллельные составляющие:
∆- через массив рёбер к теплоносителю; и
- непосредственно к теплоносителю tx.
Коэффициенты теплоотдачи на поверхности рёбер и на поверхности не оребрённой части основания одинаковы. Соответствующие поверхностные плотности тепловых потоков:
и .
–текущая высота ребра: ;
- коэффициент теплопроводности материала ребра.
В упрощённой расчётной схеме допускаем отсутствие теплопотерь в окружающую среду в плоскости торцев рёбер: «идеальная» теплоизоляция.
Температура ребра снижается по высоте ребра, поскольку оно охлаждается. Ребро имеет сопротивление теплопереносу по его массиву, поэтому производная зависит от указанного термического сопротивления.
В расчёте теплопередачи от теплоносителя tгк теплоносителюtxиспользуют выражение тепловых балансов:
,
Где- коэффициент теплоотдачи от теплоносителя температурык основанию теплообменника температуры;
F- площадь поверхности основания;
- коэффициент теплопроводности массива основания;
- коэффициент теплопередачи от плоскости основания рёбер к теплоносителю.
(2,35)
- см. (1,4)
В результате , Вт (2,36)
2.4 Тепловой расчёт рекуператоров.
Рекуператор – это теплообменное устройство: как правило необходимый элемент любого агрегата в установившемся химико-технологическом процессе.
В зависимости от принципа преобразования энергии, начиная со сложной конструкции реактора и заканчивая обычным экономайзером для подогрева воды и воздуха, теплообменники имеют конструкции, соответствующие процессам, происходящим в них.
Наиболее простым видом являются теплообменники-рекуператоры, имеющие разделяющую стенку между однофазными потоками нагреваемого и охлаждаемого теплоносителей.
Принцип теплового расчёта заключается в решении ряда задач, вытекающих из структуры формулы результирующего теплового потока Qот охлаждаемого (tr) к нагреваемому () теплоносителю:
, (2,37)
где F– площадь поверхности теплопередачи;
k– коэффициент теплопередачи, приведённой к этой поверхности;
- среднеинтегральная разность температур.
Иначе (2,37) можно представить как
, (2,38)
где - термическое сопротивление теплообменника:
,
где и- толщина и коэффициент теплопроводности материала стенки;
и - коэффициенты теплопередачи от горячего теплоносителя к стенке и от стенки – к холодному теплоносителю.
В зависимости от вида комбинации заданных и искомых сомножителей правой части (2,37) виды тепловых задач могут быть различными, а именно:
Раскрывая в (2,37) левую часть, имеем систему трёх уравнений:
(2,39)
Здесь: ,- выданные эквиваленты,;Gг,Gx- массовые расходы теплоносителей,;
- значения удельных массовых теплоёмкостей, .
, - температуры теплоносителей на их входе;,- на их выходе из теплообменника.
Величина - функция 4хвышеупомянутых величин.
. (2,40)
Таким образом в систему (2,39) 3х уравнений входят параметры- 8 величин. Тогда получим связь 8-3=5 параметров. Используем ещё одно уравнение, полученное при интегрировании дифференциальных уравнений теплового баланса:
(2,41)
здесь Е- эффективность теплообменника, значения которой зависит от схемы движения теплоносителя.
Тогда мы можем получить функциональную связь четырёх параметров. Число параметров можно сократить и представить связь в компактном виде, используя безразмерные комплексы:
Тогда получаем связь :
для различных схем движения потоков.
Эта связь представлена на рис.2,4 для схем “прямоток”, “противоток”, “однократно-перекрёстный ток”.