Полный тепловой и гидравлический расчет
Конечно же, мы не можем проектировать блок, принимая во внимание только перепад давления или только запас площади поверхности теплообмена. Мы обязаны выполнить одновременно оба требования. Для этого поместим на одном графике кривую для фиксированного перепада давления с рис. 2 и кривую для фиксированного запаса площади поверхности теплообмена с рис. 4. Результат приведен на рис. 5. В точке пересечения этих кривых перепад давления равен 45 кПа, а запас площади 5%. Этой точке соответствует оптимальный ПТО с минимальной поверхностью теплообмена. Кроме того, указанные условия выполняются для теплообменников, которым соответствуют обозначенные жирными линиями участки кривых. Тусклым цветом обозначены участки кривых, которые не удовлетворяют одновременно обоим условиям: перепад давлений > 45 кПа, а запас площади < 5 %. Давайте теперь подробнее изучим эти кривые. Расчет паяных теплообменников для заданных нагрузок дает следующие значения:
а) Номинальная нагрузка:
Вода 10 кг/с 12 — 7°С р1: любое
Вода 10 кг/с 7 — 2°С р2 < 45 кПа
Два аппарата (CB76-64H; 6,2 м2), М = 54%, р1/2 = 41/43 кПа Запас площади поверхности теплообмена в этом случае значительно выше необходимого.
б) Уменьшенный расход охлаждающей воды:
Вода 10 кг/с 12 — 7°С р1: любое
Вода 6,25 кг/с 10 — 2°С р2 < 45 кПа
Два аппарата (CB76-96H; 9,4 м2), М = 5%, р1/2 < 20/9 кПа Падение давления значительно ниже допускаемого.
в) Оптимальная конструкция. Получена методом подбора:
Вода 10 кг/с 12 — 7°С р1: любое
Вода 7,7 кг/с 8,5 — 2°С р2 < 45 кПа
Два аппарата (CB76-48H; 4,6 м2), М = 6%, р1/2 < 68/45 кПа Запас площади поверхности теплообмена и перепад давления отвечают требованиям.
![Полный тепловой и гидравлический расчет]()
Обсуждение результатов
Обратимся к рис. 6. В принципе, это тот же самый рис. 5, но расход воды на второй стороне теплообменника выражен теперь в долях расхода на первой стороне. В таком виде кривые имеют более общий характер. На кривых отмечены три типичных случая от а) до с). Для каждого из них мы можем сформулировать следующие утверждения: - На правом отрезке кривой — он отмечен голубым цветом -перепад давлений равен 45 кПа, в то время как запас площади больше требуемого. Это случай а). Для него характерны очень высокий расход и (или) низкий перепад давлений на одной или на обеих сторонах.
Площадь поверхности, а точнее, число каналов, определяется требованием к перепаду давлений. - На левом отрезке кривой — он отмечен красным цветом — запас площади остается постоянным, в нашем случае — это 5%. Перепад давлений меньше, чем заданный уровень в 45 кПа. Это случай в). Для него характерны большая теплопередача или малый расход воды, т.е. малая разность температур. Площадь поверхности определяется условиями теплопередачи.
- В одной точке — это случай с) — перепад давлений и запас площади равны заданным значениям.
Функция площади имеет минимум, когда выполняются оба условия. - В реальных расчетах для случаев от а) до с) получаемые значения близки к заданным 5% и 45 кПа, но не равны им. Увеличение площади происходит не непрерывно, а дискретно. Например, когда добавляется одна пластина, запас площади может измениться скачком от значения, меньшего 5%, до значения, большего 5%.
- Минимальная площадь не обязательно достигается в режимах с равными расходами на теплой и холодной сторонах теплообменника.
Это часто встречающееся заблуждение, что в оптимальном ПТО оба расхода должны быть равны. Рассмотренный выше пример действителен практически для всех типов теплообмена. Однако возникают некоторые вопросы: - Как влияет значение перепада давлений на охлаждаемой стороне?
- Что произойдет при изменении значений перепада давлений и запаса площади?
- Как физические свойства теплоносителя влияют на график?
- Как влияет на кривую разность температур?
- Как влияет на кривую форма пластин?
