Читальный зал -->  Изменение энтропии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [ 34 ] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

если ее наружный радиус больше некоторого критического значения Гкр- Для его определения приравняем нулю производную по Гз от полного термического сопротивления теплопередачи Ri, = fi-\-+ RkTp-\-R>.m + Ra2, где Rx 3 и /?хтр- термические сопротивления слоя изоляции и стенки трубы. В результате получим

Ч = :,/а2; <, = 2 з/а2- (I2-14)

Например, в случае теплоизоляции труб, находящихся в помещении [ 2 X10 Вт/(м-К), совелитом [Я, з 0,1 Вт/(м-К) значение критического диаметра будет равно йкр = 2-0,1/10 = = 0,02 м.

Контрольные вопросы и задачи

12.1. Пользуясь методом анализа размерностей, получить зависимость для расчета

критического радиуса теплоизоляции на трубе.

12.2. Рассчитать теплопотери через глухую стену здания размером 2,5X4 м зимой (/, = 20 °С; /2=-20°С). Стена сделана из кирпича ). = 0,5 Вт/(м К), толщина стены fi = = 0,5 м; 1 = 10 Вт/(м-К); а2 = = 30 Вт/(м-К).

12.3. Рассчитать теплопотери через полностью застекленную стену при условиях задачи 12.2. Остекление двойное. Толщина стекол бст = 3мм, зазор между стеклами 6з = 0,1 м.

12.4. Оценить площадь радиатора отопления для комнаты с двумя наружными стенками (см. задачи 12.2 и 12.3), если температура воды в радиаторе 80 °С.

12.5. Рассчитать, через какое время начнет замерзать вода с температурой 20 °С в неизолированном водоводе диаметром 200 мм при выходе из строя насосов зимой [/=-20 °С; а = 30 Вт/(м.К).

12.6. На какое расстояние можно транспортировать воду по трубопроводу согласно условиям задачи 12.5 со скоростью 1 м/с?

Глава тринадцатая

ОСНОВЫ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

13.1. ТИПЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ .АППАРАТОВ

Теплообменный аппарат (теплообменник) - это устройство, предназначенное для нагревания, охлаждения или для изменения агрегатного состояния теплоносителя. Чаще всего в теплооб-менных аппаратах осуществляется передача теплоты от одного теплоносителя к другому, т. е. нагревание одного теплоносителя происходит за счет охлаждения другого. Исключение составляют теплообменники с внутренними тепловыделениями, в которых теплота выделяется в самом аппарате и идет на нагрев теплоносителя. Это разного рода электронагреватели и реакторы.

Теплообменники с двумя теплоносителями в зависимости от способа передачи теплоты от одного теплоносителя к другому можно разделить на несколько типов: смесительные, рекуперативные, регенеративные и с промежуточным теплоносителем.

Наиболее простыми и компактными являются смесительные теплообменники, в которых смешиваются теплоносители, не требующие дальнейшего разделения, например при подогреве воды паром (рис. 13.1).

Используются смесительные теплообменники и для легко разделяющихся теплоносителей: газ - жидкость, газ - дисперсный твердый материал, вода - масло и т. д. Для увеличения поверхности контакта теплоносителей их тщательно перемешивают, жидкости разбрызгивают или разбивают на мелкие струи.

На рис. 13.2 изображена схема градирни - смесительного теплообменника для охлаждения воды потоком атмосферного воздуха. Такими теплообменниками оборудованы очень многие производства, где требуется сбросить теплоту в окружающую среду.

Охлажденная вода нужна на тепловых электрических станциях для конденсаторов турбин, в компрессорных станциях для охлаждения воздуха и т. д.

газы с неВальшим калачестбам пара

Халаffмая gaff а с растворенными вазами

Греющий \ пар

ii!i!

Нагретая ВаВа без еазаВ

Рис. 13.1. Использование струйного смесительного теплообменника для подогрева воды паром при термической деаэрации (удаления растворенных газов)

Охлаждение воды в градирнях происходит не только за счет нагрева воздуха, но и за счет частичного испарения самой воды (окало 1 %). Для обеспечения движения воздуха градирни оборудуются либо вентилятором, либо высокой вытяжной башней. Теплый и влажный воздух легче наружного, поэтому создается естественная тяга с подъемным движением воздуха внутри башни.

В рекуперативных теплообменниках теплота от одного теплоносителя к другому передается через разделяющую их стенку. Для уменьшения термического сопротивления стенка выполняется из материала с хорошей теплопроводностью: меди, стали, латуни, сплавов алюминия и т. д.

Наиболее распространены т р у б ч ат ы е теплообменники (рис. 13.3), в которых один теплоноситель движется в трубах, а другой - в межтрубном пространстве. В таких теплообменниках смешения теплоносителей не происходит, и они используются для самых разнообразных сочетаний греющего и нагреваемого вещества.

Регенеративные теплообменники и теплообменники с промежуточным теплоносителем работают фактически по од-

Выход Воздуха

т. т. %. т

/1\ /h /1\ /\ /

, А А ц

\ /IV /1\ 1\\

Вхвд воды

; Вход . Воздуха

выход воды

Рис. 13.2. Схема смесительного теплообменника (градирни):

/ - насадка; 2 - сепаратор водяных капель; 3 - вентилятор

I-Уи

Рис. 13.3. Схема простейшего кожухотруб-чатого рекуперативного теплообменника для передачи теплоты от одного теплоносителя (/) к другому ( )

ному и тому же принципу, заключающемуся в том, что теплота от одного теплоносителя к другому переносится с помощью какого-то третьего - вспомогательного вещества. Это вещество (промежуточный теплоноситель) нагревается в потоке горячего теплоносителя, а затем отдает аккумулированную теплоту холодному теплоносителю. Для этого необходимо либо переносить сам промежуточный теплоноситель из одного потока в другой, либо периодически переключать потоки теплоносителей в теплообменнике периодического действия (рис. 13.4).

В регенеративных теплообменниках в качестве промежуточного теплоносителя используется твердый достаточно массивный материал - листы металла, кирпичи, различные засыпки. Регенера-

Горячие еязы

Назрвтый доздух

Поток пара

ХолоВньш доздух <-

лОхлатден-ныевазы

Рис. 13.4. Регенеративный подогреватель воздуха периодического действия с переключением потоков, движущихся через насадку

тивные теплообменники незаменимы для высокотемпературного (/>1000°С) подогрева газов, поскольку жаростойкость металлов ограничена, а насадка из огнеупорных кирпичей может работать при очень высоких температурах. Иногда регенеративные теплообменники выгодно использовать и для охлаждения запыленных газов, которые способны быстро изнашивать или забивать трубки рекуператоров.

В теплообменниках с промежуточным теплоносителем теплота от греющей среды к нагреваемой переносится потоком мелкодисперсного материала или жидкости. В ряде случаев промежуточный теплоноситель при работе меняет агрегатное состояние.

Одним из оригинальных устройств, использующих в качестве промежуточного теплоносителя пар и его конденсат, является герметичная труба, заполненная частично жидкостью, а частично паром (рис. 13.5). Такое устройство, называемое тепловой трубой, способно передавать большие тепловые мощности (в 1000 раз больше, чем медный стержень тех же размеров). На горячем конце тепловой трубы за счет подвода теплоты испаряется жидкость, а на холодном - конденсируется пар, отдавая выделившуюся теплоту. Конденсат возвращается в зону испарения либо самотеком, если холодный конец можно разместить выше горячего, либо за счет использования специальных фитилей, по которым жидкость движется под дей-

Канденсат

Рис. 13.5. Схема работы тепловой трубы с возвратом конденсата под действием гравитационных сил (термосифон)

ствием капиллярных сил в любом направлении, даже против сил тяжести (как спирт в спиртовке).

Тепловые трубы с самотечным возвратом конденсата известны давно. Широкое распространение тепловых труб с фитилями началось недавно в связи с необходимостью отвода больших тепловых потоков от мощных, но малогабаритных полупроводниковых устройств. Практически незаменимы тепловые трубы с фитилями в космосе. Для охлаждения механических, электрических или радиотехнических устройств в земных условиях мы очень широко используем естественную конвекцию. В космосе естественной конвекции не может быть, поскольку отсутствует сила тяжести, и нужны иные способы отвода теплоты. Тепловые трубы с фитилями могут работать и в невесомости. Они малогабаритны, не требуют затрат энергии на перекачку теплоносителей и при соответствующем подборе рабочего агента работают в широком интервале температур.

Широкие возможности открываются при использовании в качестве промежуточного теплоносителя мелкодисперсного материала, который может работать в самых различных условиях (при высоких и низких температурах, в агрессивных газах и т. д.). Такой материал легко транспортируется потоком газа и в зависимости от условий может находиться во взвешенном, плотном или псевдоожи-женном состоянии.

Использование того или иного типа теплообменника в каждом конкретном случае должно быть обосновано технико-экономическими расчетами, поскольку каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [ 34 ] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.