Принципы теплообменного оборудования. Пластинчато-ребристые теплообменники, страница 2

Графическое построение позволяет определить разность температур и абсолютные средние температуры отдельных участков Tin и Tjo6, по которым можно найти локальные коэффициенты теплоотдачи и, а затем коэффициенты теплопередачи кi На рис. 1 выделен 1-й элемент поверхности, для которого определяют все расчетные величины.

При вычислении коэффициентов  целесообразно использовать формулы, в которых выделены параметры, зависящие от температуры. Так, для теплообмена в трубе при турбулентном течении обычно используют формулу

которую можно  преобразовать к виду

где С — постоянная, не зависящая от температуры.

При такой форме записи легко определить на каждом участке, вычисляя соответствующие значения  по справочным данным.

Теплообмен при фазовых переходах. В случае кипения или конденсации процесс идет при постоянной абсолютной температуре, но при переменной разности температур ΔT. От ΔT существенно зависит коэффициент теплоотдачи α. Для пузырькового кипения

Здесь ΔT = T_c – T_и, где T_с и T_и – температуры поверхности нагрева (стенки) и насыщения испаряющейся (кипящей) жидкости;            n = 2 ... 3 –  по корреляциям различных авторов.

Расчет по участкам также выполняют по формуле 9). При расчете теплообменников, работающих в условиях фазовых переходов (кипение–конденсация), необходимо знать температуру T_с поверхности нагрева (или охлаждения), которая заранее неизвестна. Рассмотрим случай, когда происходит теплообмен между двумя потоками, один из которых кипит и испаряется при температуре T_и, а другой конденсируется при T_к. Полная разность температур ΔT = T_к – T_и связана с разностями температур для каждой теплообменивающейся среды; без учета термического сопротивления стенки (рис.2):

Определять температуру разделяющей поверхности Тс и выполнять расчет теплообмена удобнее графическим методом. Очевидно, плотность теплового потока q, Вт/м2, со стороны кипения (испарения) и со стороны конденсации должна быть одинаковой:

Рис. 4.7. Кривые изменения температур при испарении (1) и конденсации

Рис. 4.8. Зависимость плотности теплового потока q от температуры для теплообмена при кипении и конденсации

Используя известные зависимости теплообмена при кипении и конденсации,n определяют плотность теплового потокаи строят кривые q = (рис.3). Кривые строят из точек Ти и Tк при произвольно задаваемых разностях температур 0 < < < (Тк-Ти). Очевидно, точка пересечения кривых определяет искомое значение q = qK = qK и температуру поверхности Тс, которая делит полный температурный напор на две части в соответствии с формулой (12). Зная , а также q, нетрудно найти коэффициент теплоотдачи . Этот метод применим и в том случае, когда в одном из потоков осуществляется фазовый переход, а другой участвует в конвективном теплообмене в одно-, фазном состоянии.

Теплообмен в многопоточных аппаратах. Для криогенных систем характерно применение теплообменников с тремя и большим числом, потоков, причем теплоносителями могут быть среды с различными свойствами. В общем случае характеристики теплообмена таких аппаратов существенно зависят от числа потоков, расходов теплоносителей, их физических свойств, геометрии поверхностей, что значительно усложняет расчет. Возможны упрощенные варианты расчета, когда конструктивное выполнение аппарата позволяет (с известным приближением) рассматривать теплообмен между разны- ми потоками как независимый. В этих случаях многопоточный аппарат можно рассматривать как ряд двухпоточных теплообменников. Так, на рис. 4 единый прямой поток G1, как бы разделяется  на два потока G1' и G1", каждый из которых участвует в теплообмене только с одним из обратных потоков: G1' c G2, G2" c G3 с случае справедливы уравнения теплового баланса

из которых определяют значения G1' и G1". После этого каждый из пары двухпоточных теплообменников рассчитывают независимо по приведенным ранее методикам.