что такое температурный напор теплообменника

Температурный напор

Температурный напор — разность характерных температур среды и стенки (или границы раздела фаз) или двух сред, между которыми происходит теплообмен.

Местный температурный напор — разность температур среды и местной температуры стенки (границы раздела фаз) либо разность температур двух сред в данном сечении теплообменной системы.

Средний температурный напор — температурный напор, осреднённый по поверхности теплообмена.

Произведение значения температурного напора на коэффициент теплопередачи определяет количество теплоты, передаваемое от одной среды к другой через единицу поверхности нагрева в единицу времени, то есть плотность теплового потока.

Смотреть что такое «Температурный напор» в других словарях:

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАПОР — разность характерных температур среды и стенки (или границы раздела фаз) или двух сред, между которыми происходит теплообмен … Большой Энциклопедический словарь

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАПОР — разность характерных темп р среды и стенки (или границы раздела фаз), а также 2 разл. сред, между к рыми происходит теплообмен. Местный Т. н. разность темп р среды и определённого участка поверхности раздела фаз, средний Т. н., осреднённый по… … Физическая энциклопедия

температурный напор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN temperature driving force … Справочник технического переводчика

температурный напор — разность характерных температур среды и стенки (или границы раздела фаз) или двух сред, между которыми происходит теплообмен. * * * ТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАПОР ТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАПОР, разность характерных температур среды и стенки (или границы раздела фаз)… … Энциклопедический словарь

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАПОР — разность температур двух сред, между которыми происходит теплообмен. Температурный напор один из основных факторов, определяющих интенсивность теплообмена. Произведение значения температурного напора на коэффициент теплопередачи определяет… … Металлургический словарь

температурный напор D T — 3.6 температурный напор D T : Разность между средней температурой воды и расчетной температурой воздуха в помещении, °С. Источник: ГОСТ 31311 2005: Приборы отопительные. Общие технические условия оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Температурный напор — разность характерных температур среды и стенки (или границы раздела фаз) или двух сред, между которыми происходит теплообмен. Местный Т. н. разность температур среды и местной температуры стенки (границы раздела фаз) либо разность… … Большая советская энциклопедия

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАПОР — разность характервых темп р двух сред, между к рыми происходит теплообмен. Т. н. один из осн. факторов, определяющих интенсивность теплопередачи и теплоотдачи … Большой энциклопедический политехнический словарь

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАПОР — разность характерных темп р среды и стенки (или границы раздела фаз) или двух сред, между к рыми происходит теплообмен … Естествознание. Энциклопедический словарь

Источник

Тепловой расчет теплообменных аппаратов

Здравствуйте! Теплообменным аппаратом называется устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями либо между теплоносителями и твердыми телами (насадкой, стенкой). Роль теплоносителя может выполнять и среда, окружающая аппарат. По своему назначению и конструктивному оформлению теплообменники могут быть самыми различными, начиная от простейшего (радиатор) и кончая наиболее совершенным (котельный агрегат). По принципу действия теплообменные аппараты подразделяются на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативными называют аппараты, в которых одновременно протекают горячий и холодный теплоносители, разделенные между собой твердой стенкой. К числу таких аппаратов относятся подогреватели, котельные агрегаты, конденсаторы, выпарные аппараты и др.

Регенеративными называют аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева попеременно омывается то горячей, то холодной жидкостью. При этом теплота, аккумулированная стенками аппарата при их взаимодействии с горячей жидкостью, отдается холодной жидкости. Примером регенеративных аппаратов являются воздухоподогреватели мартеновских и доменных печей, отопительные печи и др. В регенераторах теплообмен всегда происходит в нестационарных условиях, тогда как рекуперативные аппараты большей частью работают при стационарном режиме.

Рекуперативные и регенеративные аппараты называют также поверхностными, так как процесс передачи теплоты в них неизбежно связан с поверхностью твердого тела.

Смесительными являются аппараты, в которых передача теплоты осуществляется при непосредственном смешивании горячей и холодной жидкости.

Взаимное движение теплоносителей в теплообменных аппаратах может быть различным (рис. 1.).

В зависимости от технологического назначения и конструктивных особенностей теплообменные аппараты подразделяются на водоподогреватели, конденсаторы, котельные агрегаты, испарители и др. Но общим является то, что все они служат для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому, поэтому и основные положения теплового расчета для них одинаковы. Разница может состоять только в конечной цели расчета. При проектировании нового теплообменного аппарата задачей расчета является определение поверхности нагрева; при поверочном тепловом расчете имеющегося теплообменника требуется найти количество переданной теплоты и конечные температуры рабочих жидкостей.

В основу теплового расчета в обоих случаях положены уравнения теплового баланса и уравнение теплопередачи.

Уравнение теплового баланса теплообменного аппарата имеет вид:

где М — массовый расход теплоносителя, кг/с; cpm — удельная массовая изобарная средняя теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг*°С).

Здесь и в дальнейшем индексом «1» обозначаются величины, относящиеся к горячей жидкости (первичный теплоноситель), а индексом «2» — к холодной жидкости (вторичный теплоноситель); штрих соответствует температуре жидкости на входе в аппарат, а два штриха — на выходе.

При расчете теплообменников часто пользуются понятием полной теплоемкости массового расхода теплоносителя (водяного эквивалента), равной С = Мср Вт/°С. Из выражения (1) следует, что

то есть отношение изменений температур однофазных теплоносителей обратно пропорционально отношению их полных расходных теплоемкостей (водяных эквивалентов).

Уравнение теплопередачи записывается так: Q=k*F*(t1—t2), где t1, t2— температуры первичного и вторичного теплоносителей; F — площадь поверхности теплопередачи.

При теплообмене в большинстве случаев изменяются температуры обоих теплоносителей и, следовательно, изменяется температурный напор Δt = t1—t2. Коэффициент теплопередачи по поверхности теплообмена также будет иметь переменную величину, поэтому в уравнение теплопередачи следует подставлять средние значения температурного напора Δtср и коэффициента теплопередачи kсp, то есть

Площадь теплообмена F рассчитывается по формуле (3), тепловая производительность Q при этом задается. Для решения задачи необходимо вычислить средний по всей поверхности коэффициент теплопередачи kсp и температурный напор Δtср.

При вычислении среднего температурного напора необходимо учитывать характер изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Из теории теплопроводности известно, что в пластине или цилиндрическом стержне при наличии разности температур на торцах (боковые поверхности изолированы) распределение температур по длине линейное. Если же на боковой поверхности имеет место теплообмен или система располагает внутренними источниками теплоты, то распределение температур является криволинейным. При равномерном распределении источников теплоты изменение температур по длине будет параболическим.

Таким образом, в теплообменных аппаратах характер изменения температур теплоносителей отличается от линейного и определяется полными теплоемкостями С1 и С2 массовых расходов теплоносителей и направлением их взаимного движения (рис. 2).

Из графиков видно, что изменение температуры вдоль поверхности F неодинаково. В соответствии с уравнением (2) большее изменение температуры будет у теплоносителя с меньшей теплоемкостью массового расхода. Если же теплоносители одинаковы, например, в водоводяном теплообменнике, то характер изменения температур теплоносителей будет всецело определяться их расходами, причем при меньшем расходе изменение температур будет большим. При прямотоке конечная температура t»2 нагреваемой среды всегда меньше температуры t»1 греющей среды на выходе из аппарата, а при противотоке конечная температура t»2 может быть выше температуры t»1 (см. для противотока случай, когда C1 > C2). Следовательно, при одинаковой начальной температуре нагреваемую среду при противотоке можно нагреть до более высокой температуры, чем при прямотоке.

При прямотоке температурный напор вдоль поверхности нагрева изменяется в большей степени, чем при противотоке. Вместе с тем среднее его значение в последнем случае больше, вследствие чего поверхность нагрева аппарата с противотоком будет меньшей. Таким образом, при равных условиях в этом случае будет передано большее количество теплоты. Исходя из этого, предпочтение следует отдавать аппаратам с противотоком.

В результате аналитического исследования теплообменного аппарата, работающего по схеме прямотока, установлено, что температурный напор вдоль поверхности теплообмена изменяется по экспоненциальному закону, поэтому средний температурный напор может быть вычислен по формуле:

где Δtб — большая разность температур между горячим и холодным теплоносителем (с одного края теплообменника); Δtм — меньшая разность температур (с другого края теплообменника).

При прямотоке Δtб = t’1 — t’2 и Δtм = t»1 — t»2 (рис. 2.). Эта формула справедлива также и для противотока с той лишь разницей, что для случая, когда С1 С2 Δtб = t»1 — t’2 и Δtм = t’1 — t»2.

Средняя разность температур между двумя средами, вычисляемая по формуле (4), называется среднелогарифмическим. температурным напором. Вид выражения обусловлен характером изменения температур вдоль поверхности нагрева (криволинейная зависимость). Если бы зависимость была линейной, то следовало бы определять температурный напор как среднеарифметический (рис. 3.). Значение среднеарифметического напора Δtа.ср всегда больше среднелогарифмического Δtл.ср. Однако в тех случаях, когда температурный напор по длине теплообменника изменяется незначительно, то есть выполняется условие Δtб/ Δtм

Осреднение температурного напора для аппаратов с перекрестным и смешанным током отличается сложностью расчетов, поэтому для ряда наиболее употребительных схем результаты решений обычно приводятся в виде графиков. Исп. литература: 1) Основы теплоэнергетики, А.М. Литвин, Госэнергоиздат, 1958. 2)Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,»Вышейшая школа», 1976. 3) Теплотехника, изд.2, под общей ред. И.Н.Сушкина, Москва «Металлургия», 1973.

4 комментарий на « Тепловой расчет теплообменных аппаратов »

столкнулся с такой практической задачей: в комнате 4 радиатора отопления, подключены по двухтрубной системе. Оплата за тепло по квартирному теплосчетчику.

Если включить все четыре батареи на полную мощность, то будет слишком жарко. Практика показывает, что для оптимальной температуры надо включить или 2 батареи на полную, а 2 выключить; или включить все четыре на минимальный обогрев.

Как вы думаете, в каком случае затраты на обогрев будут меньше?

Игорь, сведите все к простой математике. Чем больше теплосъем, тем больше оплата за отопление. И наоборот, чем меньше теплосъем, тем меньше оплата за отопление. Формула потребленного тепла выглядит как Q=G*c*(T1-T2), где Q=ккал/сек, с- это теплоемкость воды = 1 ккал/(кг*градус), Т1 — температура в подаче в градусах, Т2 — температура в обратке в градусах, G — количество теплоносителя в кг/сек. Если умножить результат на 3600, то получите результат в часах. По своему теплосчетчику вы можете узнать количество теплоносителя, который прошел через ваши батареи, а так же температуру прямой и обратной трубы. Путем регулирования своих 4х батарей вы можете по количеству теплоносителя регулировать стоимость потребленного тепла. Как-то так.

Подскажите пожалуйста, если в частном доме с центральным отоплением поставить теплообменник, то за отопление придется платить столько же сколько без него? Прибора учета нет.

Если прибора учета нет, то будете платить столько же, сколько и до установки теплообменника

Источник

Потери в теплообменниках

Законы физики всегда позволяют тепловой энергии перемещаться в системе до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Вследствие разности температур тепло покидает более нагретое тело или самую горячую жидкость и передается холодной среде.На этом принципе стремления к выравниванию температур и основана работа теплообменников. В пластинчатом теплообменнике тепло очень легко проходит через поверхность раздела горячей и холодной среды. Поэтому можно нагревать или охлаждать жидкости (газы), имеющие минимальные уровни энергии. Теория теплообмена или передачи тепла от одной среды или жидкости к другой построена на нескольких основных положениях.

• Тепло всегда будет передаваться от горячей среды к холодной.

• Между одной и другой средой всегда должна иметь место разность температур.Количество тепла, отданного горячей средой, равно количеству тепла, полученного холодной средой за вычетом потерь во внешнюю среду.

Теплообменник представляет собой устройство, которое непрерывно передает тепло от одной среды к другой.

Существует два типа теплообменников.

• Теплообменник прямого действия, где обе среды, между которыми происходит теплообмен, находятся в непосредственном контакте.

Примером теплообменника такого типа является башенный охладитель или градирня, где стекающая вода охлаждается через непосредственный контакт с окружающим воздухом.

• Теплообменник непрямого действия, в котором теплообмен происходит через стенку, разделяющую две среды.

Источник

Средний температурный напор в теплообменном аппарате

Тепловой баланс теплообменного аппарата

Для определения тепловой производительности теплообменного аппарата, расходов теплоносителей или значений температуры теплоносителей на входе в аппарат или на выходе из него используется уравнение теплового баланса

,

(3.1)

где Q_затр – количество теплоты, отдаваемое в единицу времени греющим теплоносителем в теплообменнике, Вт; Q_пол – тепловая производительность аппарата, т.е. количество теплоты, получаемое в единицу времени нагреваемым теплоносителем, Вт; η – коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду.

Значение коэффициента η для рекуперативных теплообменников непрерывного действия составляет

Количество теплоты, получаемое в единицу времени нагреваемым теплоносителем или отдаваемое в единицу времени греющим теплоносителем, может быть определено по одной из формул, Вт:

– если теплоноситель – жидкость, и он не меняет своего агрегатного состояния в результате теплопередачи, то может быть использована формула

;

(3.2)

– если теплоноситель – пар, газ, или он меняет свое агрегатное состояние в результате теплопередачи, то используется формула

,

(3.3)

где G – массовый расход теплоносителя, кг/с; c – средняя удельная изобарная теплоемкость теплоносителя, кДж/(кг·К); t_б – большая температура теплоносителя (конечная для нагреваемого или начальная для греющего), °С; t_м – меньшая температура теплоносителя (начальная для нагреваемого или конечная для греющего), °С; i_б – большая удельная энтальпия теплоносителя, кДж/кг; i_м – меньшая удельная энтальпия теплоносителя кДж/кг.

Задачи

Задача № 3.1

Расход насыщенного пара, поступающего в теплообменник, составляет 8,4 кг/с. Нагрев воды в теплообменнике производится только за счет конденсации пара. Давление пара 0,8 МПа. Определите расход воды в теплообменнике, если она в нем нагревается от 70 до 115 °C. Среднюю удельную изобарную теплоемкость воды принять равной 4,2 кДж/(кг·°C). Принять, что потери тепла в теплообменнике составляют 1 % от отдаваемой паром теплоты.

Задача № 3.2

В теплообменник поступает 15 кг/с пара с давлением 1 МПа и температурой 240 °C. При этом в теплообменнике нагревается 400 кг/с воды от температуры 70 °C до температуры 90 °C. Определите температуру конденсата греющего пара на выходе из теплообменника, при условии, что давление греющего теплоносителя в нем поддерживается постоянным. Среднюю удельную изобарную теплоемкость воды принять равной 4,2 кДж/(кг·°C). Потерями теплоты в теплообменнике пренебречь.

Задача № 3.3

В водо-водяном теплообменнике вода, протекающая в нем с расходом 12 кг/с, охлаждается от 120 °C до 70 °C. Определите, до какой температуры нагреется в теплообменнике вода, поступающего в теплообменник с температурой 10 °C, при том, что расход нагреваемой воды составляет 15 кг/с Среднюю удельную изобарную теплоемкость воды принять равной 4,2 кДж/(кг·°C). Потерями теплоты в теплообменнике пренебречь.

Средний температурный напор в теплообменном аппарате

В случае прямоточной или противоточной схемы движения теплоносителей средний температурный напор в теплообменнике чаще всего определяется как среднелогарифмический, К

,

(3.4)

где Δt_б – разность температур теплоносителей на том конце теплообменника, где она больше (большая разность температур), К; Δt_м – разность температур теплоносителей на том конце теплообменника, где она меньше (меньшая разность температур), К.

В том случае, когда отношение Δt_б/Δt_м ≤ 1,7, средний температурный напор с достаточной точностью может быть определен как среднеарифметический, К

.

(3.5)

Для схем, отличных от чистого прямотока и противотока, температурный напор определяется по формуле

,

(3.6)

где Δt_прт – температурный напор для случая противотока, К; ψ – коэффициент пересчета от противоточной схемы к более сложной.

Для различных схем тока теплоносителей коэффициент ψ (или ε_Δt) определяется по номограммам, приводимым в справочной, учебной и нормативной литературе (рис. 3.1). В указанных номограммах используются вспомогательные величины, определяемые по формулам

;	(3.7)
,	(3.8)

где , – начальная и конечная температура греющего теплоносителя, °С; , – начальная и конечная температура нагреваемого теплоносителя, °С.

Если выполняется условие Δt_прм ≥ 0,92Δt_прт (Δt_прм – температурный напор для случая прямотока), то температурный напор для любой сложной схемы включения может быть приближенно оценен по зависимости, К

.

(3.9)

При числе ходов, превышающем 4, перекрестноточные поверхности нагрева могут рассматриваться как противо- или прямоточные.

В случае, когда один из теплоносителей изменяет свое агрегатное состояние, направление тока теплоносителей не имеет значения.

Задачи

Задача № 3.4

В кожухотрубном теплообменнике греющий теплоноситель охлаждается от 90 °C до 60 °C, а нагреваемый – нагревается от 10 °C до 55 °C. Определите средний температурный напор в теплообменнике для случаев прямоточной и противоточной схем движения теплоносителей.

Задача № 3.5

В теплообменнике нагрев воды производится только за счет теплоты конденсации насыщенного пара, давление которого на входе в теплообменник составляет 1,1 МПа. При этом вода нагревается от температуры 20 °C до температуры 95 °C. Произведите сравнение среднелогарифмического и среднеарифметического температурного напора в данном теплообменнике.

Рис. 3.1. Коэффициент ψ для различных схем течения теплоносителей
в теплообменнике

Источник