Определение движущей силы процесса теплопередачи.

В самом общем случае температуры теплоносителей (горячего и холодного на рис. 1.1) могут изменяться, а могут оставаться и постоянными вдоль поверхности теплопередачи. Часто встречаются такие варианты, когда температура одного теплоносителя не изменяется, в то время как другого - изменяется (увеличивается или уменьшается). В этих случаях для расчета процесса теплопередачи вводят понятие о средней движущей cилe процесса теплопередачи, которую рассчитывают следующим образом:

1. В случае, когда температуры теплоносителей остаются постоянными во время протекания процесса теплопередачи:

(3.11)

2. Во всех остальных случаях, отличных от первого:

(3.12)

Однако расчет по данному уравнению практически невозможен, поскольку нет достаточно точных методик определения средних температур теплоносителей. Поэтому на практике среднюю движущую силу процесса теплопередачи рассчитывают следующим образом:

Для аппаратов с чистым прямотоком теплоносителей без изменения их агрегатного состояния:

Рис. 3.2 Температурная схема для чистого прямотока теплоносителей

 

Определение среднелогарифмической разности температур теплоносителей:

(3.13)

где - большая разность температур;

- меньшая разность температур;

Для аппаратов с чистым противотоком без изменения их агрегатного состояния:

Рис. 3.3 Температурная схема для чистого противотока теплоносителей

 

Определение среднелогарифмической разности температур теплоносителей:

(3.14)

Здесь и - соответствуют самой большой и самой маленькой

(по численному значению) разности температур на концах теплообменника.

Если , то , а и наоборот, если ,

то , а

Если средние разности температур теплоносителей одинаковы или отличаются не более чем в два раза, то среднюю разность температур можно приближенно определить как среднеарифметическую между ними:

(3.15)

В аппаратах с противоточным движением теплоносителей при прочих равных условиях больше, чем в случае прямотока. Это различие практически исчезает при очень малом изменении температуры одного из теплоносителей.

При сложном взаимном движении теплоносителей, например при смешанном или перекрестном токе, принимает промежуточное значение между значениями при противотоке и прямотоке. Его можно рассчитать, вводя поправку к среднелогарифмической разности температур для противотока, рассчитанной по формуле (3.14):

(3.16)

Эту поправку для наиболее распространенных схем взаимного направления движения теплоносителей можно рассчитать теоретически. В частности, для параллельно-смешанного тока теплоносителей с одним ходом в межтрубном пространстве и двумя ходами по трубам (например, в двухходовом кожухотрубчатом теплообменнике) имеем:

(3.17)

где ; ;

; .

Уравнение (3.17) приближенно справедливо для любого четного числа ходов теплоносителя в трубах (т. е. для многоходовых кожухотрубчатых теплообменников).

При нечетном соотношении ходов можно использовать графики, приведенные на рис. 3.4.

 

Рис. 3.4. Определение поправки - при нечетном соотношении числа ходов теплоносителей

 

Так же, среднюю температуру смеси, можно посчитать приближенно по формуле(3.18):

(3.18)

здесь ; ;

В других случаях можно воспользоваться графиками, приведенными в справочной литературе.