Оглавление:
Теплообменники регенеративного типа
- Нестационарный процесс теплопроводности происходит в регенеративном тепле в таких теплообменниках теплые и холодные жидкости чередуются, как правило, протекая в противоположном направлении. Сопла с высокой теплоемкостью регулярно поглощают и передают тепло передается. Кирпичный стеновой регенеративный теплообменник часто используется в качестве теплового аккумулятора в металлургической промышленности, например в качестве воздухонагревателя в доменной печи.
Металлический теплообменник также используется для установки паровых котлов и широко применяется в низкотемпературной технологии, связанной с разделением газов с обратным холодильником. Точный процесс расчета такого теплообменника очень сложно. Расчеты, используемые для целей проектирования, обычно упрощаются с помощью определенных допущений. Их можно разделить на 2 основных classes. In в первом случае разность температур в направлении, перпендикулярном поверхности твердого материала, где накапливается тепло, игнорируется.
Равновесная термодинамика не занимается описанием этих переходных процессов, а рассматривает состояние, устанавливающееся после релаксации неравновесностей. Людмила Фирмаль
Такой расчет приемлем для теплообменников, где сопло выполнено из тонкостенного материала с высокой теплопроводностью. К этому классу относится, например, теплообменник с соплом, выполненным из metal. In в случае теплообменника с насадкой с толстыми стенками и низкой теплопроводностью большая погрешность возникает, когда разностью температур между стенками хранилища пренебрегают.、 1. дополнительные сведения об обоих типах теплообменников см. В разделе IHauzeia. 2941. Методика расчета работы должна учитывать заданную разницу температур.
Во-первых, рассмотрим конструкцию регенеративных теплообменников. Всеми твердыми материалами, форсунками можно пренебречь. Такой теплообменник показан на рисунке. 17-1.Поток в теплообменнике может быть обращен параллельно. Обычно используется встречный поток. Такой поток показан на рисунке. 17-1. Начните расчет с расчета теплового баланса разности длин теплообменников dx. Используйте следующие термины: Рисунок 17-1.Регенеративный теплообменник.
Срез Aₗ-это поверхность, которая передает тепло на единицу длины L теплообменника через VL (свободный объем, доступный для потока газа через единицу длины теплообменника)и ML-твердую массу сопла теплообменника на единицу. Хорошая длина. Кроме того, введем следующие обозначения: cₛ-удельная теплоемкость твердого сопла. Т-массовый расход жидкости, проходящей через теплообменник. C-удельная теплоемкость. p-это плотность.
Индекс//или c ’используется для указания того, что поток, проходящий через теплообменник, считается горячим или холодным. t показывает температуру твердого тела в точке x, а tg-температуру среды в том же месте. В течение определенного периода времени тепловой баланс твердого материала в теплообменнике DX высота секции dx будет выглядеть следующим образом. =(17-8） Где а-коэффициент теплопередачи от жидкости к поверхности сопла.
Подобный тепловой баланс, вы В случае перемещения жидкости в теплообменнике элемент высоты dx имеет следующий вид. aAₗ (/- ДХ ДХ = = pcVLdx — ^ dx — \ — cmdx — ^ dx. (17-9） Первым членом в правой части последнего уравнения является тепло, накопленное в жидкости, содержащейся в теплообменнике, на отрезке длины dx. 2-й член показывает разницу во внутренней энергии в теплообменнике и из него с жидкостью. Эти 2 уравнения можно упростить. ЗС ^ л (17-10） (17-11） Почти во всех случаях термин VL / m настолько мал, что 2-й член слева от выражения (17-11) обычно игнорируется.
Полученные таким образом 2 уравнения являются уравнениями в частных производных с 2 неизвестными температурами (текучая среда, протекающая через теплообменник и твердое сопло) в зависимости от времени и положения X. Для решения этих дифференциальных уравнений, необходимо задать граничные условия. Регенеративный теплообменник может работать в режиме 2 modes. In при непрерывной или однократной работе форсунка нагревает жидкость в течение определенного периода времени, используя теплообменник, который нагревается до определенной температуры.
Этот тип теплообменника очень часто используется, например, в современных воздуховодах (аэродинамических трубах), которые работают непродолжительное время. Нагрев воздуха в таких трубах до необходимой температуры в процессе эксплуатации требует большого количества тепла flux. It очень сложно создать такой поток с помощью электронагревателя. Перед тем как труба начнет действовать, рекомендуется накопить это тепло в регенеративном теплообменнике.
Граничные условия, описывающие эту единственную операцию регенератора, являются: при x = 6 при m = 0 ^ = =g₀ = стоимость ст; / = / ₀ = Const В приложениях, упомянутых в начале этого раздела, теплообменники обычно используются для непрерывной работы в том смысле, что низкотемпературные газы и высокотемпературные газы проходят через теплообменник alternately. In кроме того, изменения температуры практически постоянны. граничные условия, описывающие этот процесс противоточного регенератора в течение периода нагрева t, следующие.
Когда Л — О в течение периода охлаждения, равного mc, для x = L граничные условия: ’t₆= tgc. In кроме того, температура материала сопла в начале периода нагрева должна быть равна температуре в конце периода охлаждения, и наоборот. t (начало нагрева)= /(конец охлаждения）; Т (начало охлаждения)= /(конец нагрева). Дифференциальные уравнения, представляющие температурное поле и изменение температуры в теплообменнике, можно упростить, введя следующие новые переменные: (17-12） Если вы используете их, это будет выглядеть так: Уравнение (17-10)и переменная (17-11) dt. (17-13） (17-14）.
В выражении (17-11) 2-й член в левой части выражения был проигнорирован. Система этих 2 уравнений в частных производных и приведенные выше граничные условия решаются только в частных случаях. А. Антелиус [L. 295] получил решение задачи однократной работы регенеративных теплообменников, а многие другие ученые решали задачу непрерывной работы с графиками и числами. Рис. 17-2. Результат Анцелиуса. Из этого рисунка можно определить температуру газа и сопла всего теплообменника при любом time. It особенно важно знать температуру, при которой газ выходит из теплообменника.
Эта температура может быть определена из приведенной выше диаграммы. Температура газа на выходе * Я… Рис. 17-2.Изменение температуры T матрицы и температуры TG жидкости в регенеративном теплообменнике. Первый-температура/>>, затем подвергается воздействию различных температурных сред[L. 392]. На протяжении значительного периода этот процесс практически постоянен. Численный расчет теплообменника для непрерывной работы был проведен компанией Coppeidt и London с точки зрения эффективности использования тепла exchanger. As на примере 17-3 приведены результаты численных расчетов регенеративного теплообменника с противотоком против условия tsn = tsss.
- Самый Кривая над этим рисунком совпадает с эффективностью непрерывного теплообменника, определяемой по формуле (17-7).Если теплоемкость твердого материала очень высока по сравнению с теплоемкостью жидкости, то можно заметить, что эффективность регенеративного теплообменника одинакова. Удельный коэффициент cₛM! В Cm, эффективность уменьшена. 1 23956789 Вт вда ^(1 \ Я люблю тебя!» ’Ан ^ Н Рис. 17-3.Тепловая эффективность регенеративных теплообменников в квазистационарном режиме. tc-это период охлаждения.
Период нагрева; /и-масса; L-площадь теплопередачи. cₛ-коэффициент удельной теплоемкости сопла (L. 393). Он показывает в Fig. It следует отметить, что все расчеты на сегодняшний день основаны на предположении, что разница температур определяется.1. в положении x внутри твердого упаковочного материала можно пренебречь. Х. Хаузен разработал превосходный метод 1, который позволяет судить о влиянии температурных изменений в твердых материалах на работу теплообменников[L. 296]. Рассмотрим это method. In регенеративные теплообменники, в которых горячие и холодные газы текут попеременно в противоположных направлениях.
При изменении внешних параметров или при передаче энергии в систему в ней могут возникать сложные процессы на макроскопическом и молекулярном уровне, в результате которых система переходит в другое состояние. Людмила Фирмаль
Стенки, в которых накапливаются температура и тепло газов, изменяют не только свое местоположение, но и со временем. На рисунке показано изменение температуры с течением времени в поперечном сечении внутри теплообменника. 17-4.На рис. 17-5 показано распределение температуры стенки по различным периодам после перехода от периода нагрева к периоду охлаждения (ti T2 T3 T4 Tb).За исключением обоих концов теплообменника、 НОК и газ в теплообменнике в различные моменты замены. Время[Л. 394]. Температура горячего газа tgH увеличивается почти линейно со временем, а температура tgc уменьшается почти линейно со временем.
Средняя температура стенки изменяется линейно со временем. Температура поверхности стенки tw быстро изменяется сразу после переключения, а затем быстро достигает линейного изменения. Для количества тепла Qₚ*, передаваемого на стенку теплообменника горячим газом в течение отопительного периода времени T, можно записать следующую формулу: Где ai-коэффициент теплопередачи от тонкого слоя газа к стенке.
Следует помнить, что QP не является тепловым потоком в единицу времени, но передает тепло в течение отопительного периода (и в период охлаждения). t; / — продолжительность отопительного периода; / i и^ — средние значения * температуры во времени. Эти средние температуры приблизительно равны мгновенным значениям в течение отопительного периода. Продолжительность такое же количество тепла передается от стенок к низкотемпературному газу в течение периода охлаждения МК.
Если коэффициент теплопередачи пленки равен ac, то период охлаждения (mc) и соответствующая средняя температура * iwc-Ffc В этих уравнениях A — это поверхность стенки, которая аккумулирует тепло в контакте с газом. Теперь для теплообмена в установившемся состоянии необходимо исключить температуру поверхности из уравнения точно так же, как и для 1-3.Для этого необходимо определить разность температур Mw = tWH-tWc, . 17-4 состоит из 2 компонентов: twH — * t: и tm-twc. Последнее значение показано графически на рисунке. 17-5.
Предполагая, что стены, накапливающие тепло, являются плоскими, можно использовать формулу (4-10) для определения распределения температуры стен. Если температура изменяется линейно со временем, как показано на рис. 17-4, то d / / dT = — const. So, получаем a (d2t/dx2)= const, и в результате двойного интегрирования получаем параболу, показанную на рисунке. 17-5.Из-за того, что температура изменяется со временем и характеристики также различаются, различные распределения температуры происходят сразу после переключения.
Наклон параболического температурного профиля на стенке можно определить из рассмотрения того, что количество тепла, поступающего от поверхности к газу за единицу времени, должно быть равно теплу, поступающему от теплопроводности от внутренней части стенки к поверхности. Параметр I 17-5 на рисунке равен Я =(6/2) (ДТ / ЛК)ж =(ФК / А)(B] 2 ^ с). Высота параболы равна половине этого значения.、 Т—TWC-это 2/3 параболы высоту. Так… Т. г. д. ГП туалет в 6kte * Отопительный период такой же Qₚb. «6Lhya»」 .
Поэтому о разнице температур Если первые 2 уравнения в этом разделе были решены относительно температуры： , / Г р 1• Гены.〜 Добавьте последние 3 уравнения. 1 1 1 1/1 \и * Туалет в » ч. Т. Т. Ан ЛГД в В результате это выглядит так: 1. ’4tₛH-tₑc). (17-15） ВХ. Если средняя температура газа известна по времени tgH и tgC, то это уравнение можно использовать для определения количества тепла Qₚ от горячего газа до холодного в течение всего периода TN + tf. Это уравнение было выведено только для поперечного сечения теплообменника.
Если необходимо рассчитать теплопередачу всеми регенераторами, то необходимо ввести среднюю логарифмическую разность температур для разности температур tgH-4gc. Формула (от 1 до 31)может быть получена по температуре газа на входе и выходе. Формула (17-15) очень похожа на Формулу (1-16), когда тепловой поток через плоскую стенку стабилен. Дробное представление формулы (17-15) соответствует общему коэффициенту теплопередачи формулы(1-17).
Если период нагрева равен»периоду охлаждения: tn = tc = t», то Q, то есть теплопередача за единицу времени, определяется по формуле О！—————•- (7-7） ⁴2m〜 «(1-е)+(1/%) +(б / 3х) 2 в- При сравнении этой формулы с формулой (1-17) следует иметь в виду, что в теплообменнике регенеративного типа буква А обозначает только 1 стенку, причем обе стенки здесь включены. Если толщина стенки регенеративного теплообменника равна 7 секундам толщины стенки регенеративного теплообменника, то тепловые характеристики этих 2 теплообменников одинаковы. Разница объясняется тем, что в теплообменнике регенеративного типа все тепло проходит через стенки, а в теплообменнике регенеративного типа тепло поступает в стенки с обеих сторон в период нагрева и»выходит из стенок одинаковым образом» в период охлаждения.
Как только вы попадете в него. Поэтому в случае регенеративных теплообменников » нет необходимости в том, чтобы тепло проходило через всю толщину стенок.»Коэффициент теплопередачи может быть уменьшен с помощью «порошкового слоя».Для порошкового слоя толщиной b (I теплопроводности Xa покрывает каждую стенку) формула (17-15)принимает вид: Qp 1i1i / 1I1W⁶I mA ^ vn-нет. Л А Х / Максимальное изменение средней температуры стенки в течение периода нагрева или охлаждения может быть определено из уравнения .
Где c-удельная теплоемкость. p-плотность стенок. В предыдущих расчетах были сделаны упрощенные предположения о процессе, происходящем сразу после переключения, и условиях выхода и входа потока. Серьезные неточности в результатах от этого происходят только в редких случаях. No. No. 297]после изучения этих процессов диаграммы можно редактировать и публиковать для установления эффектов граничных условий. Согласно диаграмме Хаузена, член 6 / 6X(1 / tn + 1 / tf) в Формуле(17-15)должен быть уменьшен на 10%, если 1 / tf)= 3. (а-коэффициент теплопроводности материала стенки). Для значения 5/3 дня коррекция меньше.
Влияние условий на входе и выходе теплообменника определяется по 2 характеристическим значениям. л / хп и> — А1(1psnhn + цсл）、 Где L-значение, соответствующее общему коэффициенту теплопередачи. tn, tf-массовый расход горячих и холодных газов. sn, ss — их удельная теплоемкость. В XAI для L / cps 0.3 (rnHcHtH-| — + — ⁰or XICPS FORFOR1A1^ nsnhnn -⁵⁰) теплообмен по уравнению (17-15) решается в пределах 1 ° C / O. Фактическое значение Q немного меньше расчетного значения. Наиболее распространенные теплообменники отвечают вышеуказанным требованиям. Задачи 17-1.As приведенная в таблице формула выведена для коэффициента полезного действия противоточного теплообменника. 17-1. 17-2.Регенеративный теплообменник сечением 0.09.2 выполнен из стального шарика диаметром 1.25 см.
Это сопло нагревается до той же температуры 2G0°C, после чего поток воздуха нормальной температуры и давления проходит. Скорость ветра 15 м! Длина части теплообменника, включая второе сопло, составляет 0,3 м. Сколько времени требуется для вдувания воздуха в теплообменник, чтобы температура на выходе отличалась от первоначальной температуры сопла на 10°C?
Смотрите также:
| Теплообменники | Основные понятия и определения |
| Теплообменники рекуперативного типа | Первый закон термодинамики |
