Научная статья на тему 'Основы расчета характеристик теплообменников в условиях теплопотерь в окружающую среду'

Основы расчета характеристик теплообменников в условиях теплопотерь в окружающую среду Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
837
91
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛООБМЕННИКОВ / УСЛОВИЯ ТЕПЛОПОТЕРЬ / ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Байрашевский Б. А., Борушко Н. П.

Рассмотрены две наиболее характерные модели механизмов теплообмена в подогревателях с учетом теплопотерь в окружающую среду. В результате выполненных исследований разработан перечень соответствующих инженерных формул, пригодных как для определения теплотехнических характеристик теплообменников, так и для расчета тепловых режимов их работы.Разработан специальный программный файл «Теплообменник», подтверждающий достоверность выполненного анализа и позволяющий проводить ряд целенаправленных расчетов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Basic Principles for Calculating Heat Exchanger Characteristics under Conditions of Environmental Heat Losses

The paper considers two most characteristic models of heat exchange mechanisms in heaters with due account of environmental heat losses. As a result of executed investigations a list of corresponding engineering formulae has been developed which can be used for determination of heat engineering characteristics of heat exchangers and calculation of heating modes of their operation.Authors of the paper have elaborated a special «Heat Exchanger» programming file that corroborates reliability of the executed analysis and makes it possible to carry out a number of the required calculations.

Текст научной работы на тему «Основы расчета характеристик теплообменников в условиях теплопотерь в окружающую среду»

УДК 621.186.2.001.24

ОСНОВЫ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛООБМЕННИКОВ В УСЛОВИЯХ ТЕПЛОПОТЕРЬ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Докт. техн. наук БАЙРАШЕВСКИЙ Б. А, инж. БОРУШКО Н. П.

РУП «БелТЭИ»

Конструкции теплообменников с двумя теплоносителями основаны, как правило, на долевых сочетаниях рп и в двух принципиально противоположных схем движения теплоносителей относительно друг друга: прямоточной (инд. П) и противоточной (инд. Т). В связи с этим особенности температурных режимов теплообменников, основанных на сугубо противоположных схемах «П» и «Т», представляют практический интерес.

Уравнение теплового баланса теплообменников любого типа имеет вид

т« - О = тщ -1'2) + да, = а, + а а,. (1)

где Ж2 - водяные эквиваленты «горячего» (инд. 1) и «холодного» (инд. 2) теплоносителей; /'. /' и )". /'' - температуры теплоносителей

на входе и выходе из теплообменника; Qт - полезная нагрузка теплообменника; AQт - потеря теплоты от поверхности теплообменника в окружающую среду.

В качестве основных теплотехнических характеристик теплообменников типов «П», «Т» и смешанных принимаем следующие показатели:

• тепловой коэффициент полезного действия теплообменника Пт, представляющий собой отношение тепловой энергии, воспринятой вторым «холодным» теплоносителем (Ж2), к тепловой энергии, отданной первым «горячим» (Ж1) теплоносителем, т. е.

Пт = Qт(Qт + AQт)-1; (2)

коэффициент использования в теплообменнике температурного потенциала «горячего» теплоносителя, т. е.

г\ш = (К-0({-г'2Г\ (3)

• комплекс П = к¥, представляющий собой произведение коэффициента теплопередачи к на полную поверхность теплообмена

• комплексы тп и т2 для теплообменников типов «П» и «Т» соответственно:

тп = ЖГ1 + Ж-1; (4)

тг = ЖТ1 - Ж2-1. (5)

В настоящее время характеристики теплообменников типов «П» и «Т» хорошо изучены и изложены в [1, 2]. В качестве недостатка этих материалов (в течение более полустолетия) следует считать игнорирование реально существующих теплопотерь AQт со стороны теплообменников в окру-

жающую среду. Обозначим Епг = ехр(-тш£^). Тогда при ДQт = 0, т. е. при Пт = 1, упомянутые показатели Ппг = соответственно равны [1, 2]:

11п = с =.и = п = Ж2(Ж1 + Щ-1 (1 - Еп); (6)

ъ=ч1=ь2 = ъ = 1¥2 '/■:_-) '(1 -/■;-). (7)

В результате пренебрежения теплопотерями (при ДQт = 0) такие понятия, как коэффициенты Т)°2 и комплекс П/ . оказываются не увязанными с реально существующим КПД теплообменника г|т = (/,/((/, + АО,). Расчет «конечных» температур /, и /2. например, по заданным значениям первоначальных температур /' и /' также оказывается приближенным [1, 2]. Причем, чем больше реально существующие относительные потери теплоты ДQт/(Qт + ДQт), тем больше погрешности таких расчетов.

Между тем хорошо известно, что ряд спецпомещений, в том числе центральные и индивидуальные теплопункты, оборудованные теплообменниками, «отапливается» именно за счет теплопотерь последних. Поэтому вопрос усовершенствования существующего метода расчета теплообменников с учетом теплопотерь в окружающую среду отвечает актуальным задачам энергосбережения.

В отличие от предыдущих исследований [3] в данной работе более детально рассматривается механизм теплообмена между теплоносителями (Ж1 и Ж2) в теплообменнике и с окружающей средой. Это схематически отображено на рис. 1 для ВАР-1 и ВАР-2. Согласно ВАР-1 предусматривается случай, когда с окружающей средой граничит «холодный» теплоноситель Ж2. Суммарный вектор теплоты в количестве Qт + ДQт от «горячего» теплоносителя направлен в сторону «холодного» и окружающей среды. Согласно ВАР-2 от «горячего» теплоносителя направляются два вектора в разные стороны: один - в количестве Qт в сторону «холодного» теплоносителя, а другой - ДQт в противоположном направлении, а именно в сторону окружающей среды. Это дает основание к записям соответствующих дифференциальных уравнений, отвечающих указанным механизмам отвода теплоты от теплообменника в окружающую среду по ВАР-1 и ВАР-2.

ВАР-1 ВАР-2

Потеря теплоты в окру- Потеря теттоты в жру-

жающую среду ^ ДQт жающую среду^

Теплоисточник )

+ ДQT), '' Wl,

Теплоисточник + ДQт), Qт, Ь

Рис. 1. Механизм теплообмена между теплоносителями и Ш2 ) в теплообменнике и с окружающей средой по ВАР-1 и ВАР-2

Связь между изменениями теплоты Qт, ДQт и температурами теплоносителей ¿1 и в произвольном сечении Х любого теплообменника по ВАР-1 и ВАР-2 выразим следующим образом:

dQ-тх + dAQTX = dQ + AQT)X = -Wxdtlx = ±W2dt2X + dAQTX. (8)

На основании (8) запишем:

dt\x = -Wx-ld(QTx + AQtx); (9)

dt2x = ±W2-1dQTx. (\0)

Выражения (9), (\0) позволяют определить локальный температурный напор между двумя теплоносителями в теплообменнике на участке dX

dt\x - dt2x = d(t\ - t2)x = -(W\-\ ± W2-\)dQTx - W\-ldAQTX. (\ \)

В уравнениях (8)-(ii) в случае прямоточного (П) теплообменника вместо знака «±» учитывается знак «+», в случае противоточного (Z) - знак «-».

Показатель AQTx в (\\) представляет собой некоторую функцию, изменяющуюся по мере подогрева одного теплоносителя за счет другого. В классической теории теплообмена [2, 4, 5] эта функция AQTx по тракту теплообменника определяется граничными условиями теплообмена 2 или 3-го рода. Это отдельный вопрос исследования применительно к рассматриваемой задаче. Поэтому в данном случае в целях упрощения решения ограничимся упомянутыми условиями теплообмена 2-го рода. Из этого следует, что в (\\) удельная плотность теплопотерь на поверхности теплообменника q = AQTx/Fx = const, где Fx - суммарная поверхность теплообмена на участке от X = 0 до произвольного сечения X по тракту теплообмена. Допуская, что поверхность Fx определяется линейной зависимостью на участке длиной 0 - X, можем записать AQTx = AQTFxF"1. Соответственно

dAQTx = AQtF^FX. (\2)

С учетом зависимостей (4), (5) и (\2) уравнение (\\) представим в виде d(t\ - t2)x = -mdQx - W\-\ AQTF-'dFx. (\3)

Формула (\3) представляет собой уравнение теплового баланса теплообменника с механизмами теплообмена как по ВАР-\, так и по ВАР-2. В то же время упомянутые механизмы теплообмена (рис. 1) учитываются аналогичными уравнениями теплопередачи:

• согласно ВАР-\

dQTX = [k(h - h)x - AQTrl]dFx, (14)

согласно ВАР-2

dQTx = k(t\ - t2)xdFx. (\5)

Дальнейшие результаты анализа основаны на совместных решениях уравнений (\3) и (\4) для ВАР-\ и (\3), (\5) - для ВАР-2. Соответственно имеем:

d(t\ - t2)x = [-mnzk(t\ - t2)x + AQt^1^ - W\-\)]dFx; (\6)

d(t\ - t2)x = [-mnzk(t\ - t2)x - AQt W\-\F-1]dFx. (\7)

Интегрируя выражения (16) и (17) в пределах от начального сечения теплообменника {X = 0), где Fx = 0 и {t\ - t2)x = At'nz до произвольного сечения X, где 1<х = 1<х и (/'-t'2)x= At", получаем:

согласно ВАР-1

согласно ВАР-2

т^Р К + ШЖ1

т^дс + дет"1

= (19)

В отличие от Еш = exp(-mпzkF), в уравнениях (18) и (19) =

= ехр {-тшкРх).

Интегрируя функцию Д^, относящуюся к произвольному сечению X на участке от Х = 0, т. е. от Ех = 0 до Х = Х при Ех = получаем выражение для среднеинтегрального температурного напора между двумя теплоносителями на участке теплообменника от Х = 0 до произвольного сечения Х = Х:

• согласно ВАР-1

Дтх = {тЛ?хТ\ АС- Штш - 1¥< ])(ти:к1') '|(1 - Е?ш) +

(20)

+ AQT(mп г-Ж^Хт^кР)-1;

согласно ВАР-2

Дтх = (тшк¥ху\Д?ш + ДQт(W1mпгkF)-1](1 - Еспг) -

(21)

- ДQт(W1mпгkF)-1.

С учетом (18), (19) расчетные формулы (20), (21) можно представить в виде:

• согласно ВАР-1

Агх=(тшкЕхГ\АС -ДО + Д&К*-Щ-'Хт^-1 =

л-Ь

(22)

»»ш^^ш -Д0г(тш -Щ1) согласно ВАР-2

л% ^(т^гЧле-лО-Ш^^У =

В пределах, когда ЬппД/* = Д/"_. ЬппЛ'^ = Апг = е\р(-/я, ,>/•') и

Л Л -».Р

Ы тДт,. = Дтт, полученные результаты легко преобразуются в расчетные

формулы для теплообменника в целом. При этом следует иметь в виду сложившиеся традиционные обозначения: в прямоточных (П) теплообменниках А/'и = — /'2, А/" = в противоточных (Я) - Д/' = — /",

А у"

2 = 1 2 •

Путем выкладок и с учетом уравнения теплового баланса (1) на основании уравнений (22) и (23) убеждаемся, что в соответствии с моделями теплообменников (рис. 1):

. по ВАР-1

Лт„//' = а + да - Щ « - Ф - Qбр ; (24)

. по ВАР-2

Дт J,F -Qt-W2{t"2 -t'2) = Qнет. (25)

В аналитическом плане уравнение теплового баланса (1) представляет собой функцию

/Ж, 4 С £ Щ, W2, AQT) = 0. (26)

Уравнения «конечных» температур, полученные на основании (18), (19) для подогревателей в целом (при Fx = /■': At" = Д/' ; Е^=Ет= exp(-mJcF) ), представляют аналогичные функции

fKT(kF, t[, t'2, с f2, wx, w2, да, ) = 0. (27)

Как видно, система, состоящая из двух уравнений (26), (27), т. е. теплового баланса (1) и «конечных» температур (18), (19), решается относительно любых двух (определенных в соответствии с постановкой задачи) аргументов или образуемых ими комплексов.

В порядке примера рассмотрим наиболее распространенную постановку задачи: определение выходных («конечных») температур в подогревате-

J J

ле /, и 12 по данным температур tx, t2 на входе и заданным значениям остальных аргументов, входящих в (26), (27). Тогда на основании совместного решения уравнений (1), (18) и (1), (19) при указанных выше граничных условиях для теплообменника в целом (типов П и Z), выполненных по моделям теплообмена в соответствии с ВАР-1 и ВАР-2, определяем:

iiWÎ-tf-iDA» '(иус ±1); (28)

>' = 4 + « - Î2W1Wг2Ьш ± да,/с, (29)

где

• согласно ВАР-1

Rn=(Wl+W2y\l + W?(Wl+W2y\kFT\l-EIi)\, (30)

Rz ={f^1+w1(w1-w2r\kF)-1(i-EI)](EI-ЩЩ-1)'1; (31)

согласно ВАР-2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Rn =(Wl+W2Tl[\-WlW2(Wl+W2Tl(kFTl(\-En)]-, (32)

Rz = щ;1 +W2(W1-W2T\kFT\\-Ez)](Ez-ЩЩ-1)-1. (33)

Для прямоточных подогревателей (П) в формуле (28) перед сомножителем ДQт стоит знак «+», а перед единицей - знак «-»; для противоточных подогревателей (Z) - наоборот: перед ДQт стоит знак «-», а перед едини-

41

цей - знак «+». В формуле (29) для прямоточных подогревателей (П) перед сомножителем ДQт стоит знак «-», а для противоточных (7) - наоборот: знак «+». Традиционные показатели [1, 2] Ьп и Ьг, входящие в (28), (29), вычисляются по (6), (7).

Для противоточных (Г) теплообменников при значениях Ж1 = Ж2 = Ж расчет ряда показателей приводит к неопределенностям типа 0/0, которые следует раскрывать. В частности, расчет предельных значений температур и /'' выполняется по тем же формулам (28) и (29) путем раскрытия неопределенностей типа 0/0 показателей Ьг и Я2. При этом следует иметь в виду, что для обоих вариантов ВАР-1 и ВАР-2 согласно формуле (7)

ит4 = = [1+ж^у1]-1; (34)

Щ->1У2

а на основании формул (31), (33): • согласно ВАР-1

Ытйг = =-(\ + 0,5кШ-1)(кР + Цгу1-, (35)

согласно ВАР-2

1лтДг = = -0,5кШ;1 (И? + Жу\ (3 6)

На основании (24), (25) и предельных значений перепадов температур С/, - /,"). (/" - ¡2) согласно формулам (28), (29) при — и И2 аналогично определяем

1лтДт2 = Ат° = - 12 )(1 + ШГ-1 у1 ± 0,5А(кР + Жу\ (3 7)

где в случае ВАР-1 перед показателем ДQт в формуле (37) стоит знак «+», а в случае ВАР-2 - знак «-».

Уравнения (26), (27) могут быть использованы также для определения таких характеристик теплообменника, как комплекс к¥ и абсолютная величина теплопотерь ДQт. Кроме того, в порядке варианта решения такой задачи можно воспользоваться полученными выше формулами (28), (29), представляющими собой следующие аргументированные функции:

=(КХ/2, Ж1>Ж2>АР,Аег) = 0; (38)

/2 =(Г2/1/2,Ж1,Ж2,кР,АЯТ) = 0. (39)

На основании последних, т. е. (28), (29), имея в виду, что (ДQт)l = = ^т)2 = ДQт, соответственно определяем:

(Д <2Т\ = + = (40)

(Дбт)2 =+[*;-ЪЧК-ОЩГ^УС =/(*Г). (41)

Знаки «+» в уравнениях (40), (41) и «-» перед единицей в уравнении (40) указывают на то, что они относятся к случаю измерений и расчета прямоточных (П) подогревателей. Для противоточных (2) подогревателей - наоборот. На основании (40), (41) путем приравнивания между собой показателей (А^т)1 = (Абт)г = А0т получаем одно трансцендентное уравнение, которое легко решается с помощью компьютера. Далее по одной из формул (40) или (41) вычисляется величина АQт и соответственно с помощью формул (2) и (1) определяется тепловой КПД пт исследуемого подогревателя.

Наряду с использованием уравнения «конечных» температур (18), (19) показатель к¥ может быть вычислен также на основании совместного решения уравнений теплового баланса (1) и среднеинтегрального температурного напора (20)-(25) и т. д.

Актуальность разработанной методики расчета режимов работы теплообменников типа «труба в трубе», адекватных модели теплообмена по ВАР-1 и используемых в ряде ЦТП для горячего водоснабжения, очевидна. На ее основании (по ВАР-1) были сделаны также исследования [6] режимов работы теплопровода типа «труба в трубе», т. е. теплообменника с тремя рабочими каналами: центральной трубой и двумя кольцевыми каналами. Здесь в «особом» положении оказывается средний (первый от трубы) кольцевой канал: со стороны центральной трубы его пристеночное температурное поле формируется противоточным (2 движением обоих теплоносителей, а со стороны второй кольцевой трубы прямоточным (П) движением обоих теплоносителей. Программные средства 2Т4К, 2Т5К и другие [6] являются примерным подтверждением того, что принцип методики расчета теплопотерь в трех- и многоканальных теплообменниках может быть успешно использован при условии соответствующего (посекционного) учета конструктивной и структурной (в частности, «П» или «2») схем исследуемых теплообменников, даже если они и пластинчатого типа. Что касается последних с систематическим чередованием каналов «горячих» и «холодных» теплоносителей (движущихся относительно друг друга по схемам «П» или «2»), то в этом случае расчет их следует выполнять «посекционно» в зависимости от того, какой из рабочих каналов («горячий» или «холодный») граничит с окружающей средой. В случае, если по крайним каналам, граничащим с окружающей средой, проходит «холодный» теплоноситель, то поперечная область теплообмена от прилегающей к нему половины «горячего» канала до окружающей (после теплоизоляции) среды рассчитывается по ВАР-1 при условии АQт Ф 0. Остальные промежуточные области (по половинам каналов) «горячих» и «холодных» теплоносителей рассчитываются также по ВАР-1, но при условии, что АQт = 0. В случае, если по крайним каналам, граничащим с окружающей средой, проходит «горячий» теплоноситель, то поперечная область теплообмена от прилегающей к нему половины «холодного» канала до окружающей (после теплоизоляции) среды рассчитывается по ВАР-2 при условии АQт Ф 0. Остальные промежуточные области (по половинам каналов) «горячих» и «холодных» теплоносителей рассчитываются по ВАР-1, но при условии АQт = 0.

Расчет многоканального теплообменника, представляющего собой систему набора коаксиальных труб, выполняется аналогичным образом в зависимости от конструктивной модели теплообмена между наружным кольцевым каналом и окружающей средой: по ВАР-1 или ВАР-2.

Следует заметить, что даже при удовлетворительном состоянии тепловой изоляции влияние реальных теплопотерь существенно сказывается на таком показателе теплообменника, как тепловой коэффициент полезного действия Пт. При режимах теплообменника, отличных от оптимального (с той же теплоизоляцией), его теплопотери Р могут составлять не 1-2 %, как это принимается в ориентировочных расчетах, т. е. % = = 1 - 0,01Р = 0,99 - 0,98, а 20 % и даже выше. При исключительно неблагоприятных условиях они «стремятся» к 100 %. Эта особенность теплообменника определяется формулами (3) и (4) в [3], а также видна по результатам примерных расчетов, приведенных в табл. 1.

Таблица 1

Результаты примерных расчетов

1. Теплообменник: схема движения потоков 1, «МодРас» по ВАР-1: Дт2№ = <2бр

Обозначение С1 С2 к¥ '1 '2 '1 '2 Р Лт

Реж. 1 «МодРас» 0,275 1,100 348,9 120,0 15,0 50,68 19,92 71,61 0,284 0,660

«БезПот» 54,06 31,49 0,00 1,000 0,628

«Уч.Пот» 17,53 19,24 71,61 0,583 0,976

Реж. 2 «МодРас» 10,000 5,000 23260,0 120,0 40,0 41,67 61,22 86,46 0,135 0,979

«БезПот» 82,90 114,19 0,00 1,000 0,464

«Уч.Пот» 40,00 51,62 86,46 0,536 1,000

Размерность т/ч т/ч Вт/ °С °С °С °С °С % - -

2. Теплообменник: схема движения потоков 1, «МодРас» по ВАР-2: Дт2№ = 2™ет

Обозначение Су С2 № < '2 '1 12 Р Лт

Реж. 1 «МодРас» 0,275 1,100 348,9 120,0 15,0 22,73 27,15 50,03 0,500 0,926

«БезПот» 54,06 31,49 0,00 1,000 0,628

«Уч.Пот» 28,16 22,65 50,03 0,667 0,875

Реж. 2 «МодРас» 10,000 5,000 23260,0 120,0 40,0 41,72 98,59 62,58 0,374 0,978

«БезПот» 82,90 114,1 0,00 1,000 0,464

«Уч.Пот 42,48 75,69 62,58 0,615 0,969

Размерность т/ч т/ч Вт/°С °С °С °С °С % - -

3. Теплообменник: схема движения потоков П, «МодРас» по ВАР-1: Атп№ = 2бр

Обозначение С1 С2 к¥ '2 '1 '2 Р Лт

Реж. 1 «МодРас» 0,275 1,100 348,9 120,0 15,0 52,93 19,23 74,77 0,252 0,639

«БезПот» 57,48 30,63 0,00 1,000 0,595

«Уч.Пот» 19,81 18,62 74,77 0,572 0,954

Реж. 2 «МодРас» 10,000 5,000 23260,0 120,0 40,0 63,55 45,50 95,13 0,049 0,706

«БезПот» 93,40 93,20 0,00 1,000 0,333

«Уч.Пот» 43,81 43,81 95,13 0,512 0,952

Размерность т/ч т/ч Вт/°С °С °С °С °С % - -

4. Теплообменник: схема движения потоков П, «МодРас» по ВАР-2: Дт= 2™ет

Обозначение о1 С2 № '2 '1 '2 Р Лт Лг

Реж. 1 «МодРас» 0,275 1,100 348,9 120,0 15,0 38,82 27,97 36,11 0,639 0,773

«БезПот» 57,48 30,63 0,00 1,000 0,595

«Уч.Пот» 39,97 24,39 36,11 0,735 0,762

Реж. 2 «МодРас» 10,000 5,000 23260,0 120,0 40,0 92,54 92,54 4,34 0,957 0,343

«БезПот» 93,40 93,20 0,00 1,000 0,333

«Уч.Пот» 91,84 91,63 4,34 0,958 0,352

Размерность т/ч т/ч Вт/°С °С °С °С °С % - -

Легко убедиться в том, что в случае пренебрежения величиной теп-лопотерь, т. е. при АQт = 0, приведенные расчетные формулы обращаются в общеизвестные аналогичные зависимости, представленные [1, 2].

В случае практической необходимости задача по учету теплопотерь АQт может быть аналогичным образом рассмотрена при граничных условиях 1-го и 3-го рода. Введение дополнительных функций АQт = ДХ), отвечающих граничным условиям 1-го и 3-го рода, скажется только на промежуточных значениях температур в теплообменнике. Для теплообменника в целом (при Ех = Атх = Атпг и т. д.) влияние указанных изменений на итоговые результаты расчетов ожидается несущественное.

Для смешанных подогревателей в любом случае выполняются расчеты по двум «противоположным» схемам (П) и (7). Далее проводятся соответствующие корректировки полученных результатов расчета путем учета упомянутых выше «коэффициентов влияния» рп или Р2.

В табл. 1 даны результаты примерных расчетов выходных температур /". /". вычисленных тремя способами: 1 - «МодРас» - по методу, изложенному в данной статье; 2 - «БезПот» - по известному традиционному методу [1, 2] без учета теплопотерь; 3 - «Уч.Пот» - по методу ориентировочного учета теплопотерь [1]. Метод расчета «Уч.Пот» основан на введении гипотетических поправок к водяным эквивалентам теплоносителей, т. е. путем замены реально существующих водяных эквивалентов обоих теплоносителей на «расчетные», вычисляемые по формуле Щ02 =

= Щ 2 (1 ± -Р/100). Здесь Р - относительная (%) величина абсолютных теплопотерь АQт через поверхность теплообменника в сравнении с теплотой, генерируемой «горячим» теплоносителем: Р = 100АQт/АQт + Qт. После определения показателей Щ°2 дальнейший расчет по методу «Уч.Пот»

идентичен расчету по методу «БезПот». Исходные данные (в реж. 1, 2) при выполнении расчетов следующие: массовые расходы «горячего» (С1) и «холодного» (С2) теплоносителей, их температуры на входе ¿'2 и комплекс к¥. При расчете по методу «БезПот» показатель Р = 0, а при расчете по методу «Уч.Пот» показатель Р принимается равным соответствующему показателю Р, вычисленному по методу «МодРас». Это, к сожалению, не соответствует уравнению теплового баланса (1) при Щ = Щ0 и Щ2 = Щ0. Таким образом, с помощью данных, приведенных в табл. 1, имеется возможность произвести сопоставление и оценить эффективность трех упомянутых способов расчета теплообменников. Из учета целенаправленности данной статьи преимущества метода «МодРас» очевидны.

В Ы В О Д Ы

1. Разработан метод расчета и соответствующий программный файл по исследованию среднеинтегрального температурного напора и конечных температур двух теплоносителей (движущихся относительно друг к другу по схемам «П» и «2») с учетом теплопотерь в окружающую среду.

2. Показано, что классическая задача по изучению процессов теплообмена между двумя основными теплоносителями в обязательном порядке должна предусматривать также учет механизма их теплообмена (по ВАР-1, ВАР-2) с третьим, т. е. виртуальным теплоносителем, именуемым окружающей средой.

3. С позиций традиционного рассмотрения двух (холодного и горячего) теплоносителей учет реальных теплопотерь позволяет:

• более детально рассмотреть и изучить механизм теплообмена между теплоносителями в зависимости от их расположения между собой и по отношению к окружающей среде, т. е. по ВАР-1 или ВАР-2;

окружающую среду рассматривать в качестве дополнительного виртуального теплоносителя с граничными условиями теплообмена 1-го, 2-го и 3-го рода;

• увязать между собой такие понятия, как тепловой коэффициент полезного действия теплообменника пт и коэффициент использования температурного потенциала Ппг горячего теплоносителя.

4. Акцентировано внимание на том, что путем введения упомянутых коэффициентов рп и рг разработанный метод расчета применим для теплообменников смешанного типа в плане размещения потоков по схемам «П» и «2».

5. Результаты выполненного исследования следует рассматривать как начало для:

дальнейшего пополнения и усовершенствования общепризнанной методики расчета теплообменников, изложенной в ряде учебников и методической литературе;

дальнейшего изучения среднеинтегрального метода расчета теплообменников с тремя и большим числом теплоносителей, а также теплообменников батарейного типа, например типа «труба в трубе»;

разработки унифицированного метода расчета теплообменников с теплоносителями, включенными по смешанным схемам «П» и «2».

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. М и х е е в, М. А. Основы теплопередачи / Б. А. Байрашевский, Н. П. Борушко. - М., 1973. - С. 228-242.

2. И с а ч е н к о, В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. -М., 1969. - С. 133, 134, 398-410.

3. Б а й р а ш е в с к и й, Б. А. Влияние теплопотерь в окружающую среду на температурный режим работы теплообменников / Б. А. Байрашевский, Н. П. Борушко // Весщ НАН Беларуси Сер. ФТН. - 2000. - № 2. - С. 153-155.

4. П е т у х о в, Б. С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах / Б. С. Петухов. - М., 1967. - С. 209, 210.

5. Ж у к о в с к и й, В. С. Основы теории теплопередачи / В. С. Жуковский. - Л., 1969. -С. 21, 22.

6. Б а й р а ш е в с к и й, Б. А. Теплопровод «труба в трубе» как альтернативный вариант двухтрубной прокладки / Б. А. Байрашевский, Н. П. Борушко // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2006. - № 1. - С. 72-76.

Поступила 28.12.2006

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.