info@xiron.ru
Главная
Пластинчатые теплообменники
Разность температур


Разность температур

Как температурный режим влияет на оптимальные параметры? В нашем примере вода охлаждается с 12 до 7°С охлаждающей водой, имеющей температуру 2°С. Если увеличить температуру охлаждающей воды до 4°С, то площадь поверхности теплообмена, скорее всего, придется увеличивать. Но как изменится оптимальный расход воды, при котором получается минимальная площадь? Если входная температура охлаждаемой воды изменится с 12 до 10°С, как это повлияет на оптимальный расход?

Чтобы ответить на эти вопросы, нам следует приводить температурный режим к стандартному виду. Очевидно, что охлаждать воду с 12 до 7°С не то же самое, что с 8 до 7°С, даже если температура охлаждающей воды в обоих случаях 2°С. Введем понятие термической длины. Под этим понимается выраженное в кельвинах изменение температуры одной из сред, как правило, охлаждаемой, приходящееся на один кельвин СРТ. Смысл этой величины можно понять без углубления в детали вычислений. Если принять, что общий коэффициент теплопередачи остается неизменным, то охлаждение воды от 12 до 7°С с помощью воды, нагревающейся от 2 до 7°С, это то же самое, что и охлаждение воды от 120 до 70°С с помощью воды, нагревающейся от 20 до 70°С.

В первом случае мы охлаждаем воду на 5 К при СРТ, равной 5 К, во втором случае охлаждаем на 50 К при СРТ 50 К. В обоих случаях мы получаем 1 К/К. Термическая длина, обычно обозначаемая Q (тэта), равна в нашем случае просто 1,0 (безразмерная величина). Проблема заключается в том, что для расчета СРТ нам нужно знать все четыре конечные температуры. Однако мы не знаем выходную температуру охлаждающей воды, она зависит от расхода, а этот расход нам и предстоит определить.

Введем понятие конечной термической длины (КТД). Оно проиллюстрировано рис. 11. КТД представляет собой отношение изменения температуры охлаждаемой воды к разности между выходной температурой охлаждаемой воды и входной температурой охлаждающей воды. На рисунке показаны два температурных режима, которые на вид сильно отличаются друг от друга, однако расчет приводит к одинаковым значениям КТД. Выходная температура воды изменяется в обоих случаях между крайними значениями, соответствующими минимальному и бесконечному расходам, но не достигает их.

Итак, если мы изменим КТД, как это повлияет на оптимальный расход воды? Какие другие параметры влияют на оптимальный расход? Что произойдет с перепадом давлений? Мы приведем примеры нескольких расчетов:

а) Увеличим входную температуру охлаждающей воды до 4°С и определим оптимальные параметры:

Вода 10 кг/с 12 — 7°С
Вода 10,9 кг/с 9 — 4°С
Два аппарата (CB76-70H; 6,8 м2), М = 5%

При КТД = 5/3 = 1,67 расход возрастает до G2/G1 = 1,09.
б) Во втором примере уменьшим КТД до 0,5, изменив входную температуру воды до 9,5°С:
Вода 10 кг/с 9,5 — 7°С
Вода 4,54 кг/с 7,5 — 2°С
Два аппарата (CB76-30H; 2,8 м2), М = 5%

Комментарий. Давление на стороне 1 падает очень сильно, т.е. оптимальный режим, по-видимому, будет находиться на линейном отрезке, как на рис. 7. Оптимальный расход при КТД = 2,5/5 = 0,5 равен G2/G1 = 0,454.

Таким образом, мы можем составить таблицу:

КТД 0 0,5 1,0 1,67 ~
G2/G1 0 0,454 0,77 1,09 ~

Оптимальный расход получен. Оптимальный расход предельным переходом получен предельным переходом.

Обратимся к рис. 12, на котором показана зависимость оптимального расхода воды от КТД, а запас площади и перепад давлений являются параметрами. Направление изменения этих параметров можно определить из результатов предыдущего обсуждения.

Полученные выше результаты находятся в согласии со здравым смыслом. Когда разность температур двух сред очень мала и (или) температура охлаждаемой воды изменяется очень сильно, т.е. для больших КТД — случай а) здравый смысл подсказывает увеличить разность температур. Для того чтобы понизить выходную температуру охлаждающей воды, необходимо увеличить ее расход.

При небольшом изменении температуры охлаждаемой воды и (или) значительной разности температур двух сред, т.е. для малых КТД — случай в), требуется сравнительно небольшая площадь поверхности теплообмена и большой расход воды. Число каналов определяется допустимым перепадом давлений. Теплообменник, скорее всего, будет иметь очень большой запас площади поверхности теплообмена. Поэтому следует уменьшить расход воды и число пластин. Поскольку теплообменник имеет большой запас площади, это не повлияет на производительность.

Разность температур

 

"Добавить комментарий"

<< Изменение физических свойств жидкостей   Теплопередача в каналах >>

 

Menu