Выбор теплообменника

условий для обтекания рабочими телами поверхности нагрева, при которых вся поверхность ак¬тивно участвует в теплообмене;

г) обеспечение оптимальных значений прочих определяющих факторов: температур, дополнительных термических сопротивле¬нии и т. д.

Путем анализа частных термических сопротивлений можно выбрать наилучший способ повышения интенсивности теплооб¬мена в зависимости от типа теплообменника и характера рабо¬чих тел. Так, например, в жидкостных теплообменниках попе¬речные перегородки имеет смысл устанавливать только при не¬скольких ходах в трубном пространстве. Перегородки не всегда необходимы; при вертикальном расположении трубок и нагреве паром последний подается в межтрубное пространство; попереч¬ные перегородки будут мешать стеканию конденсата. При теп¬лообмене газа с газом или жидкости с жидкостью количество протекающей через межтрубное пространство жидкости может оказаться настолько большим, что скорость ее достигнет тех же значений, что и внутри трубок; следовательно, установка пе¬регородок теряет смысл. Перегородки бесцельны также в случае сильно загрязненных жидкостей, при которых вследствие нарас¬тания слоя загрязнений на трубках решающее влияние на коэф¬фициент теплопередачи оказывает величина Rn.

Интенсификация теплообмена является одним из основных направлений развития и усовершенствования тепловой аппара¬туры пищевых производств. При этом широко используются по¬ложительные эффекты в интенсификации теплообмена, обнару¬женные и исследованные в других областях химической техники и энергетики. За последние годы выполнен ряд работ по про¬мышленному испытанию активных «режимных» методов интен¬сификации теплообмена в аппаратах химических и пищевых производств (И. М. Федоткин, КТИПП). К ним относятся изме¬нение режимных характеристик течения, дополнительная турбу-лизация потока за счет пульсации, вдувания воздуха и др. На¬мечены пути комплексной интенсификации теплообмена, дости¬гаемой при совместном воздействии различных эффектов. Ведет¬ся ускоренная разработка новых типов поверхностей нагрева компактных теплообменников, эффективность которых оценива¬ется промышленными данными о связи теплоотдачи с гидродина¬мическим сопротивлением. Найдены способы передачи значи¬тельных тепловых потоков между рабочими средами с помощью тепловых труб, аналогичных по способу действия греющим трубкам хлебопекарных печей (трубкам Перкинса). Данные о конкретном применении новых типов теплообменников содер¬жатся в рекомендуемой литературе.

Основы расчета поверхностных теплообменников

Расчет поверхностных теплообменников содержит тепловой, конструктивный, гидравлический, прочностный и технико-эконо¬мический расчеты, которые обычно выполняются в нескольких вариантах. Оценка выбранного варианта производится по одно¬му из признаков оптимальности: коэффициенту полезного дейст¬вия, технико-экономическому критерию оптимальности и др.

Тепловой расчет поверхностного теплообменника состоит в решении общего уравнения теплопередачи Q = qF совместно с уравнением теплового баланса Q = M1i1=M2i2, для конкрет¬ных условий работы теплообменника: данных рабочих сред, кон¬структивных размеров элементов теплопередающей поверхности, заданных пределов изменения температур и схеме относительно¬го движения теплоносителей (см. гл. XII). Решением является совокупность правил (алгоритм), однозначно приводящих от ис¬ходных данных к результату—значению площади поверхности теплообмена в проектном (прямом) расчете либо к значению температур потоков на выходе из аппарата при проверочном расчете.

Вследствие влияния многочисленных факторов и различия в исхо,1цы. данных общее решение, пригодное для любого тепло¬обменника, отсутствует. Однако существует несколько простых методов приближенного расчета, отличающихся различными допущениями, легко реализуемых при ручном и машинном сче¬те, среди них наиболее доступны методы расчета Грасгофа, Колбэрна, А. П. Клименко и Г. Е. Каневца (Институт газа АН УССР).

Рассмотрим в качестве примера методику теплового и конст¬руктивного расчета наиболее распространенного парожидкостного трубчатого подогревателя непрерывного действия по спосо¬бу Грасгофа. В проектных тепловых расчетах подогревателей определяют:

а) среднюю разность температур и средние температуры ра¬бочих тел;

б) тепловую нагрузку и расход рабочих тел;

в) коэффициент теплопередачи;

г) поверхность нагрева.