Теплопередача в каналах

Обратимся снова к примеру, в котором вода с температурой 12°С охлаждается водой, имеющей температуру 2°С. Посмотрим, что произойдет в паре каналов с холодной и теплой водой при увеличении расхода. Изменения температуры воды на охлаждающей и охлаждаемой сторонах равны между собой. В дальнейшем будем вести речь только об охлаждаемой стороне, на охлаждающей стороне происходит аналогичный процесс. Мы будем рассматривать не теплообменник целиком, а только отдельный канал. В таблице 1 представлены некоторые данные для СВ76.

Величина Q обозначает термическую длину, т.е. снижение температуры, отнесенное к средней разности температур. Отметим, что нет смысла говорить об абсолютном значении снижения температуры, оно всегда должно быть отнесено к движущей силе процесса — средней разности температур.

а) Нам нужно охладить 16 000 кг/ч воды с12 до 8,2°С равным количеством воды, имеющей температуру 2°С. При расходе 2000 кг/ч на канал получаем 8,14°С, достаточно близко к требуемому значению. Для охлаждения необходимо 16 000/2000 = 8 каналов (двойных). Однако падение давления на охлаждаемой стороне будет весьма значительным, 129 кПа.

Что если мы можем допустить только 10 кПа? В случае расхода 500 кг/ч на канал перепад давлений составит 9,75 кПа, а выходная температура будет равна 6,86°С, но при этом потребуется 32 канала. На рисунках с 5 по 10°Соответствующая точка находится далеко на правом участке кривой. Число каналов определяется только допустимым падением давления.

б) Предположим, что требуется охладить 10 000 кг/ч воды от 16 до 8,8°С с помощью равного количества воды, имеющей температуру 2°С. Предположим также, что величина коэффициента теплопередачи К не изменяется при изменении температуры от 12 до 16°С. Допустимое падение давления равно Др = 10 кПа.Величина Q для такого режима равна (16 — 8,8)/(8,8-2) = 1,059. По таблице определяем, что Q, равная 1,056, соответствует расходу 500 кг/ч на канал. Это означает, что выходная температура равна 8,81°С, а перепад давлений Др = 9,75 кПа. Эти значения удовлетворяют поставленной задаче. Следовательно, нам потребуется 10 000/500 = 20 каналов.

в) Нам требуется охладить 20 350 кг/ч воды от 12 до 6,1°С при максимальном падении давления Dр = 70 кПа. Из таблицы находим, что расход 203,5 кг/ч на канал соответствует выходной температуре 6,14°С Следовательно, потребуется 20 350/203,5 = 100 каналов. Давление упадет всего лишь на 2,14 кПа, и на рисунках с 5-го по 10-й соответствующая точка будет находиться на левом участке кривой.

г) Есть другой путь. Предположим, что мы соединили два канала последовательно и пропускаем через них 1500 кг/ч на канал. Каждый канал будет характеризоваться значением Q, равным 0,707. Мы получим следующий температурный режим:

Канал 1 Канал 2 
12 — 9,07 — 6,14°С
7,86 — 4,93 — 2°С

Это близко к тому, что мы хотели бы получить. Но теперь нам нужно только:

2 х 20 350/1500 = 27,1 ~ 28 каналов.

К сожалению, суммарное падение давления при последовательном соединении увеличится вдвое: 2х74,8 = 150 кПа. Для того чтобы падение давления было равно требуемому значению 70 кПа, на один канал должно приходиться 35 кПа. Это выполняется для расхода 1000 кг/ч на канал. Тогда получаем: 2 х 20 350/1000 = 40,7 ~ 41 канал. Это все-таки лучше, чем 100 каналов, которые мы получили вначале. Имеется еще одно дополнительное преимущество — выходная температура воды составит около 5,8°С вместо требуемых 6,1°С. Точка на графике расположится на этот раз справа.