Теплообменными аппаратами называют устройства, в которых происходит передача теплоты от одного тела к другому. Тела, которые отдают или принимают теплоту, называют теплоносителями. Теплообмен между теплоносителями является одним из наиболее важных в технике процессов.

По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные. Выделяются еще теплообменные устройства, в которых нагрев или охлаждение теплоносителя осуществляется за счет внутренних источников теплоты.

Рекуперативные теплообменные аппараты представляют собой устройства, в которых две жидкости с различными температурами текут в пространстве, разделенном твердой стенкой. Теплообмен происходит за счет конвекции и теплопроводности, а если хоть одна из жидкостей является излучающим газом, то и за счет теплового излучения. Примером таких аппаратов являются котлы, подогреватели, конденсаторы, выпарные аппараты и др.

Регенераторы - такие теплообменные аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева через определенные промежутки времени омывается то горячей, то холодной жидкостью. Сначала поверхность регенератора отбирает теплоту от горячей жидкости и нагревается, затем поверхность регенератора отдает энергию холодной жидкости. В регенераторах теплообмен всегда происходит в нестационарных условиях, а рекуперативные теплообменные аппараты большей частью работают в стационарном режиме.

Так как в регенеративных и рекуперативных аппаратах процесс передачи теплоты неизбежно связан с поверхностью твердого тела, то их еще называют поверхностными. В смесительных аппаратах теплопередача осуществляется при непосредственном контакте и смешении горячей и холодной жидкостей. Типичным примером таких теплообменников являются градирни. В градирнях вода охлаждается атмосферным воздухом. Воздух непосредственно соприкасается с водой и перемешивается с паром, возникающим из-за частичного испарения воды.

Независимо от принципа действия теплообменные аппараты, применяющиеся в различных областях техники, имеют свои названия. Однако с теплотехнической точки зрения все аппараты имеют одно назначение - передачу теплоты от одного теплоносителя к другому или поверхности твердого тела к движущимся теплоносителям. Последнее и определяет те общие положения, которые лежат в основе теплового расчета любого теплообменного аппарата.

Основные положения и уравнения теплового расчета

Тепловые расчеты теплообменных аппаратов могут быть проектными и поверочными. Проектные (конструктивные) тепловые расчеты выполняются при проектировании новых аппаратов, целью расчета является определение поверхности теплообмена. Поверочные тепловые расчеты выполняются, в случае если известна поверхность нагрева теплообменного аппарата и требуется определить количество переданной теплоты и конечные температуры рабочих жидкостей. Тепловой расчет теплообменных аппаратов сводится к совместному решению уравнений теплового баланса и теплопередачи. Эти два уравнения лежат в основе любого теплового расчета. Ниже названные уравнения приводятся для рекуперативных теплообменников.

Уравнение теплового баланса. Изменение энтальпии теплоносителя вследствие теплообмена определяется соотношением

Здесь и в дальнейшем индекс «1» означает, что данная величина отнесена к горячей жидкости, а индекс «2» - к холодной. Обозначение (штрих) соответствует данной величине на входе в теплообменник, (два штриха) - на выходе.

Полагая, что с р =const и dh=c p dt , предыдущие уравнения можно записать:

Удельная теплоемкость с р зависит от температуры. Поэтому в практических расчетах в уравнение подставляется среднее значение изобарной теплоемкости в интервале температур от t" до t"" .1) прямого тока; 2) противоточные; 3) перекрестного тока; 4) со сложным направлением движения теплоносителей (смешанного тока).

Задачи и методы теплового расчета. Различают конструктивный (проектный) и поверочный тепловые расчеты. Их методика является общей. Разница заклю­чается в целях расчета и в искомых величинах.

Конструктивный расчет имеет целью определить раз­меры топки и других поверхностей нагрева, обеспечи­вающие при принятой экономичности и надежности по­лучение номинальной паропроизводительности при за­данных параметрах пара, температуре питательной воды и топливе. В результате теплового расчета получают данные, необходимые для расчета на прочность и выбо­ра материала элементов котла, выполнения гидравличе­ских и аэродинамических расчетов и выбора вспомога­тельного оборудования.

Поверочный расчет выполняют для существующей или запроектированной конструкции агрегата. Его вы­полняют для заданных размеров поверхностей нагрева и сжигаемого топлива с целью определения температуры рабочей среды, воздуха и продуктов сгорания на гра­ницах между поверхностями нагрева. Поверочный рас­чет выполняют при изменении температуры питательной воды, температуры перегретого пара, при переводе кот­ла на другое топливо. Цель поверочного расчета - вы­явление тепловых характеристик котла при различных нагрузках и возможностей его регулирования. При вы­полнении конструктивного расчета можно выбирать раз­мер отдельных поверхностей нагрева (например, ширм) по компоновочным соображениям. Тогда эти поверхно­сти рассчитывают методом поверочного теплового расче­та. На основании поверочного расчета устанавливают экономичность и надежность котла, разрабатывают ре­комендации для его реконструкции, получают данные, необходимые для гидравлических, аэродинамических и прочностных расчетов.

Независимо от задачи тепловой расчет выполняют по нормативному методу.

Последовательность конструктивного теплового рас­чета барабанного котла. Порядок расчета составлен применительно к схеме барабанного котла, показанного на рис. 21.9. Устанавливают объем теоретически необхо­димого количества воздуха и продуктов сгорания. Под­считывают действительный объем воздуха и продуктов сгорания в топке и газоходах с учетом избытка органи­зованного воздуха и присосов для заданной конструк­ции котла (при уравновешенной тяге). Определяют энтальпию продуктов сгорания и воздуха. Составляют тепловой баланс котла, определяют тепловые потериКПД брутто и определяют расход топлива. В соответствии с выполняют расчет топки. Выбирают сечение топки по значению теплового напря­жения сечения которое не должно превы­шать допустимого значения. По выбранной температуре на выходе из топкиопределяют полную поверхность стен топки Расчет топки заканчивают проверкой допустимого тепловыделения в объеме топки, кото­рое не должно превышать предельного значения, а так­же проверкой соответствия значения, принятого для рас­чета коэффициента тепловой эффективности получен­ного в результате расчета - расхождение не должно превышать

Расчет теплообмена в топочной камере учитывает количество теплоты, используемой ширмами (поверх­ность, непосредственно примыкающая к топке) и радиа­ционным потолочным перегревателем. Следовательно, размеры ширм и радиационного перегревателя при рас­чете топки должны быть известны. Далее определяют

Рие. 21.9. Расчетная схема барабанного котла. / - парообразующие поверхности нагрева (топочные экраны); 2 - потолочный пароперегреватель; 3 - ШПП; 4 - подвесные трубы; 5 - КПП; 6 - экономайзер; 7 - воздухоподогреватель.

количество теплоты, воспринимаемой ширмами за счет излучения из топки и теплообмена в пределах ширм, и затем температуру продуктов сгорания за ними.Для принятой схемы котла по этой температуре после учета тепловосприятия подвесных труб можно найти температуру продуктов сгорания перед конвективными пакетами пароперегревателя. Оставшуюся после теплообмена в топке, ширмах и радиационном пароперегревателе теплоту продуктов сго­рания распределяют между конвективными поверхностя­ми нагрева водопарового тракта и воздухоподогревате­лем. Сначала теплоту распределяют между теми поверх­ностями нагрева, для которых заданы или известны входные и выходные параметры рабочего тела: опреде­ляют количество теплоты, которое необходимо передать пароперегревателю для достижения данных параметров пара и затем воздухоподогревателю .

Распределение теплоты между поверхностями нагре­ва замыкают обычно на экономайзере, для которого не задаются выходные параметры по воде. После установ­ления теплоты, передаваемой пароперегревателю и воз­духоподогревателю, находят энтальпии и температуры продуктов сгорания до и после экономайзера.

Правильность распределения теплоты между поверх­ностями нагрева проверяют по уравнению теплового ба­ланса

Невязка баланса не должна превышать располагаемой теплоты Убедившись в правильности распределения теплоты между поверхностями нагрева, выполняют конструктивный расчет поверхностей паропе­регревателя, экономайзера и воздухоподогревателя в со­ответствии с указаниями.

ПОВЕРОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МАШИНЫ

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	ПОВЕРОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МАШИНЫ
Рубрика (тематическая категория)	Все статьи

При расчете комплектно поставленных машин, включающих компрессорно-конденсаторный агрегат, испарители и другие элементы, нельзя задаваться температурным режимом их работы. Он должна быть определен только специальным поверочным тепловым расчетом намеченнои̌ к установке машины.

Целью поверочного расчета является выяснение, сможет ли выбранная машина обеспечить нужные температуры воздуха в камерах при известном теплопритоке, не превышая допустимого значения коэффициента рабочᴇᴦο времени b. Для ϶того определяют действительный температурный режим работы и действительный коэффициент рабочᴇᴦο времени машины. В рассмотренных автоматических машинах компрессор работает только в рабочей части цикла, а испаритель - непрерывно. По϶тому компрессор рассчитывают по температуре кипения tор средней за рабочий период цикла, а испаритель - по температуре кипения tоц средней за весь цикл.

В поверочном расчете сначала определяют температуру кипения среднюю за весь цикл tоц из уравнения теплообмена в испарителе, которое при охлаждении машинои̌ только однои̌ камеры имеет вид.

При охлаждении однои̌ машинои̌ n камер уравнение теплообмена в испарителях принимает вид

В этих формулах

Qкам, Qкам1, Qкам2,…, Qкамn - расход холода по соответствующим камерам, Вт;

kи, kиl, kи2,…, kиn - коэффициенты теплопередачи испарителей, Вт/(м2·°С);

Fи, Fиl, Fи2,…, Fиn - поверхности испарителей, м2;

tкам, tкам1, tкам2,…, tкамn - температуры воздуха в соответствующих камерах, °С.

Экспериментальными работами и специальными расчетами установлено, что температура кипения холодильного агента средняя за рабочий период цикла top машин малой холодопроизводительности, работающих на охлаждение камер с температурой воздуха от -2° до +4°С, примерно на 3°С ниже температуры кипения холодильного агента средней за весь цикл tоц, т.е.

По найденному значению tор определяют действительную рабочую холодопроизводительность Qop выбраннои̌ к установке машины. Это делается по характеристике машины, представленнои̌ в координатах Q0 - t0 и помечаемой в каталогах и справочниках (см. рис.106).

При определении Qop по такому графику следует задаться температурой конденсации и брать значения Qop по кривой, относящейся к ϶той температуре. Для агрегатов с водяным охлаждением конденсатора поддержание принятой температуры конденсации обеспечивается водорегулирующим вентилем. В агрегатах с воздушным охлаждением конденсатора температура конденсации устанавливается в соответствии с температурой окружающᴇᴦο воздуха и холодопроизводительностью компрессора. В ϶том случае температурой конденсации можно изначально задаться, а после расчета конденсатора уточнить ее.

Для машин с воздушным охлаждением конденсатора, температура конденсации должна быть подсчитана по уравнению

Где tв - температура окружающᴇᴦο (конденсатор) воздуха, °С;

kк - коэффициент теплопередачи конденсатора, Вт/(м2·°С);

Fк - теплопередающая поверхность конденсатора, м2;

Если подсчитанная таким образом температура будет отличаться от первоначально принятой более чем на 2°С, расчет следует повторить.

Действительный коэффициент рабочᴇᴦο времени холодильнои̌ машины должна быть выражен как отношение общᴇᴦο расхода холода по даннои̌ группе камер ΣQкам к рабочей холодопроизводительности машины (агрегата), выбраннои̌ для охлаждения ϶той группы камер Qор, то есть

Полученное значение коэффициента рабочᴇᴦο времени должно находиться в пределах от 0,4 до 0,7. Более высокие значения b показывают, что производительность выбранного агрегата недостаточна; следует взять другой агрегат, большей производительности, и повторить расчет. Если в результате расчета получится, что b<4, то ϶то означает, что выбранный агрегат будет мало использоваться, тогда нужно принять агрегат с меньшей холодопроизводительностью и повторить расчет. Когда соотношение тепловых нагрузок не соответствует возможному распределению испарителей по камерам при отсутствии в них реле температуры, следует после поверочного, расчета машины проверить, будет ли обеспечено поддержание заданнои̌ температуры в камерах. Для ϶того пользуются тем же уравнением теплопередачи испарителя для каждой камеры (59), но подставляют в нᴇᴦο найденное значение температуры кипения tоп, а определяют температуру воздуха в камере tкам:

Если найденное значение температуры воздуха в камере более чем на 2°С отклоняется от номинального её значения, то следует рассмотреть вариант иного размещения испарителей по камерам или заказать испарители сверх комплекта.

При поверочном расчете холодильнои̌ установки с системой рассольного охлаждения можно принимать коэффициент рабочᴇᴦο времени b=0,9 и рассчитывать испаритель на непрерывную работу компрессора, т.е. принимать tоц≈tор=t0. Рабочая температура кипения определится по уравнениям:

, (66)

где tpm - средняя температура рассола, ºС;

t0 - температура кипения, °С.

В ϶том расчете однои̌ из величин tpm или t0 можно задаться. Другую подсчитывают по уравнению. Определение температуры кипения можно выполнить и графически. Для ϶того на графике Q0 – t0, представляющем характеристику агрегата, проводят прямую Qи=kиFи(tpm-t0), которая является характеристикой испарителя. Точка пересечения кривой Q0 и прямой Qи будет соответствовать искомой температуре кипения.

ПОВЕРОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МАШИНЫ - понятие и виды. Классификация и особенности категории "ПОВЕРОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МАШИНЫ"2017-2018.

На практике часто возникает необходимость для стандартного или вновь разработанного теплообменника при известных расходах G 1 G 2 , начальных температурах t 1 ’ и t 2 ’, площади поверхности аппарата F определить конечные значения температур теплоносителей t 1 ’’ и t 2 " или, что то же самое, тепловую мощность аппарата. Из курса тепломассо­обмена известно, что t 1 ’’ и t 2 " можно рассчитать по формулам

, (2.33)

где ε–эффективность теплообменника, определяемая долей его дейст­вительной тепловой мощности от максимально возможной; (Gc) МИ н – наименьшее из G 1 c 1 и G 2 c 2 .

Из курса тепломассообмена и теории теплообменных аппаратов известно также, что в случае прямотока совместное реше­ние уравнений теплопередачи и теплового баланса с учетом уравнения (2.25) дает следующее выражение для эффективности:

, (2.34)

где ; , N=kF/C Min –число единиц перено­са; С мин, С макс – наименьшая и наибольшая полные теплоемкости теп­лоносителей, равные соответственно наименьшему и наибольшему про­изведениям расходов теплоносителей на их удельные теплоемкости. В случае противотока

. (2.35)

Для перекрестной и более сложных схем движения теплоносителей зависимости ε (N, С мин /С макс) приведены в .

Если коэффициент теплопередачи заранее неизвестен, его вычисля­ют так же, как при проведении теплового конструктивного расчета.

При С макс >>С мин (например, в случае конденсации пара, охлаждае­мого водой)

Этим, в частности, можно подтвердить отсутствие влияния на Δt схемы движения теплоносителей при С макс /С мин →∞.

Из уравнений: теплопередачи и теплового баланса следует также, что N 1 =kF/C l = δt l /Δt и N 2 =kF/C 2 =δt 2 /Δt; ε 1 = δ t 1 /Δt макс и ε 2 = δ t 2 /Δt макс, a ε 1 = ε 2 С 2 /C 1 . Поэтому по аналогии с формулами (2.34) и (2.35) могут быть получены зависимости вида ε 1 (N 1 C 1 С 2) и ε 2 (N 2 C 1 С 2 ) (см., например, ).

Необходимость использовать для каждой конкретной схемы движения теплоносителей свою, отличную от других формулу эффектив­ности затрудняет проведение расчетов. Для устранения отмеченного недостатка можно воспользоваться методом φ-тока, Подробно изло­женным в . В соответствии с этим методом зависимость эффектив­ности ε 2 от числа единиц переноса N 2 и относительной полной тепло­емкости ω=C 2 /C 1 для всех без исключения схем движения теплоноси­телей описывается единой формулой

где f φ , – характеристика схемы тока. Легко видеть, что при f φ =0 фор­мула (2.37) переходит в формулу (2.34) для прямотока, при f φ =1– в формулу (2.35) для противотока.

Идея метода φ-тока основана на том, что значения эффективности для подавляющего большинства сложных схем лежат между значения­ми эффективности для прямотока и противотока. Тогда, вводя функ­цию f φ =0,5(1– cosφ), ; при φ=0 получаем f φ =0, т. е. минимальное значение характеристики схемы тока, которое соответствует прямотоку. При φ=π имеем максимальное значение характеристики f φ =l, кото­рое отвечает наиболее эффективной противоточной схеме.

Для любой схемы, кроме прямоточной и противоточной, для кото­рой f φ – величины постоянные, f φ есть, как правило, некоторая функ­ция от N 2 =kF/C 2 . Однако расчеты показали, что при, N 2 < 1,5 и даже при N 2 <=2 f φ , можно принимать постоянными. Значения этих постоян­ных приведены в табл. 2.3. Там же даны предельные значения харак­теристик схемы тока f φ *, которые получаются, если в формуле (2.37) осуществить предельный переход при N 2 →∞ и ω→1:

, (2.38)

При использовании уравнения (2.37) появляется возможность про­водить на ЭВМ расчеты теплообменников с различными схемами дви­жения теплоносителей по единообразной методике. При этом любой из теплообменных аппаратов можно представить в виде схемы, содержа­щей параллельно и последовательно включенные элементарные тепло­обменники, в каждом из которых движение теплоносителей носит только либо прямоточный, либо противоточный, либо поперечноточ­ный, либо перекрестно-точный характер, т. е является простым. Раз­меры элементарных теплообменников всегда выбирают достаточно малыми, чтобы можно было пренебречь нелинейным характером изме­нения температуры теплоносителей и рассчитывать средний темпера­турный напор на каждом из элементарных участков поверхности как среднеарифметический.

Таблица 2.3. Характеристики схемы тока и предельной эффективности аппаратов для различных схем движения теплоносителей

И.М. Сапрыкин, инженер, ООО ПНТК «Энергетические Технологии», г. Нижний Новгород

Введение

При разработке или наладке различных теплоэнергетических установок, включающих теплообменное оборудование, в частности пластинчатые теплообменники (ПТА), зачастую требуется выполнять детальные расчёты тепловых схем в широких диапазонах изменения мощностей и параметров теплоносителей.

ПТА, в отличие, например, от кожухотрубных теплообменников, содержат большое разнообразие форм размеров пластин и профилей их теплообменных поверхностей. Даже в пределах одного размера пластин имеется разделение на так называемые «жёсткие» типа H и «мягкие» типа L пластины, различающиеся между собой коэффициентами теплоотдачи и гидравлического сопротивления. Поэтому ПТА, вследствие наличия индивидуального набора расчётных параметров, в основном изготавливаются под конкретный заказ.

Крупные производители ПТА имеют свои наработанные приёмы интенсификации процессов теплопередачи, типоразмеры пластин, эксклюзивные программы по их подбору и расчету.

Индивидуальные особенности ПТА относительно тепловых расчётов заключаются, в основном, в различии значений постоянных A, m, n, r в выражении числа Нуссельта, участвующего в определении коэффициентов теплоотдачи .

, (1)
где Re – число Рейнольдса;

Pr - число Прантля для теплоносителя;

Pr с - число Прантля для теплоносителей на поверхности разделяющей стенки .

Постоянные A, m, n, r определяются экспериментальным путём, что весьма трудозатратно, их значения являются предметом интеллектуальной собственности и производителями ПТА не разглашаются.

Вследствие этого обстоятельства единая методика тепловых поверочных расчётов переменных режимов, охватывающая весь спектр ПТА, отсутствует.

В был предложен метод поверочных тепловых расчётов переменных режимов ПТА, исходя из того, что необходимую информацию о конкретных значениях упомянутых постоянных можно выявить из известного расчётного режима путём моделирования теплового процесса. Здесь имеется ввиду расчётный режим «чистого» теплообменника, когда все параметры определены без так называемого фактора загрязнения.

Моделирование было осуществлено с помощью критериальных уравнений конвективного теплообмена с учётом теплофизических свойств воды: теплоёмкости, теплопроводности, температуропроводности, кинематической вязкости, плотности.

Однако в некоторые вопросы расчётов переменных режимов ПТА остались не раскрытыми. Целью этой статьи является расширение возможностей расчёта переменных режимов водоводяных одноходовых ПТА.

Оптимизированный поверочный расчёт пластинчатых теплообменников

В развитие метода расчёта ниже предлагается более простое уравнение, полученное из уравнения 1 в результате тождественных преобразований и содержащее постоянную (далее константу) ПТА С he :

, (2)
где Q – тепловая мощность через ПТА, кВт;

R c – термическое сопротивление стенки (пластины), м 2 ·°С/Вт;

R н – термическое сопротивление слоя накипных отложений, м 2 ·°С/Вт;

F = (n пл – 2) · ℓ · L – суммарная поверхность теплообмена, м 2 ;

n пл – количество пластин, шт.;

ℓ - ширина одного канала, м;

L – приведённая длина канала, м;

∆t – логарифмическая разность температур теплоносителей, °С;

Θ = Θ г + Θ н – суммарный теплофизический комплекс (ТФК), учитывающий теплофизические свойства воды. ТФК равен сумме ТФК греющего Θ г и ТФК нагреваемого Θ н теплоносителей:

, , (3, 4),
где

t 1 , t 2 – температуры греющего теплоносителя на входе и выходе из ПТА, °С;

τ 1 , τ 2 – температуры нагреваемого теплоносителя на выходе и входе в ПТА, °С.

Значения постоянных m, n, r для области турбулентного течения теплоносителей в данной модели были приняты следующими: m = 0,73, n = 0,43, r = 0,25. Постоянные величины u = 0,0583, y = 0,216 были определены аппроксимацией значений теплофизических свойств воды в диапазоне 5-200 °С с учётом постоянных m, n, r. Постоянная А зависит от многих факторов, в том числе и от принятых постоянных m, n, r и колеблется в широких пределах А = 0,06-0,4.

Уравнение для С he , выраженной через расчётные параметры ПТА:

, (5)
где К р – расчётный коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2 · °С).

Уравнение для С he , выраженной через геометрические характеристики:

, (6)
где z – расстояние между пластинами, м.

Из совместного решения 5 и 6 определяется значение А для данного ПТА. Тогда по известному А можно определить коэффициенты теплоотдачи α г и α н :

, (7, 8)
где f = (n пл – 1) · ℓ · z /2 – суммарная площадь сечения каналов;

d э = 2 · z – эквивалентный диаметр сечения канала, м.

Из 7, 8 следует, что значение постоянной А при заданных постоянных m, n, r является показателем эффективности ПТА.

Константа C he также может быть определена экспериментально по результатам одномоментных измерений параметров в двух различных режимах работы ПТА. Измеряемые параметры в этом случае - значения тепловых мощностей, отмеченных индексами 1 и 2; значения четырёх температур теплоносителей:

. (9)

То же касается случаев, когда расчётные параметры ПТА неизвестны. К ним относятся ситуации, когда для находящегося в эксплуатации ПТА информация о начальных параметрах неизвестна, например, утеряна, либо ПТА подвергался реконструкции путём изменения поверхности нагрева (изменение количества установленных пластин).

На практике часто возникают ситуации, когда необходимо изменить, например, увеличить передаваемую расчётную тепловую мощность ПТА. Это осуществляется установкой дополнительного числа пластин. Зависимость расчётной тепловой мощности от количества дополнительно устанавливаемых пластин, полученная из уравнения 2 с учётом 6, выглядит следующим образом:

. (10)

Естественно, что при изменении числа пластин, константа С he изменится и это будет другой теплообменник.

Обычно параметры поставляемого ПТА приведены с фактором загрязнения, представленным термическим сопротивлением слоя накипи R н р (исходный режим). Предполагается, что в процессе эксплуатации через некоторый промежуток времени из-за накипеобразования на поверхности теплообмена образуется слой накипных отложений с «расчётным» термическим сопротивлением. Далее после этого необходима очистка поверхности теплообмена.

В начальный период эксплуатации ПТА поверхность теплообмена будет избыточной и параметры будут отличаться от параметров исходного режима. При наличии достаточной мощности теплоисточника ПТА может «разогнаться», то есть увеличить теплопередачу свыше заданной. Чтобы вернуть теплопередачу к заданному значению необходимо в первичном контуре уменьшить расход теплоносителя либо снизить температуру подачи при этом в обоих случаях также снизится и температура «обратки». В результате новый режим «чистого» ПТА с Q р и R н р = 0 , полученный из исходного с Q р и R н р > 0 , будет являться расчётным для ПТА. Таких расчётных режимов существует бесконечное множество, но все они объединены наличием одной и той же константы C he .

Для поиска расчётных параметров из исходных предлагается следующее уравнение:

, (11),
где в правой части известные К исх, t 1 , t 2 , τ 1 , τ 2 , (следовательно, и Θ исх ), R с, R н р, в левой части – неизвестные t 2 р, ϴ р , К p . В качестве неизвестной вместо t 2 может быть принята одна из оставшихся температур t 1 , τ 1 , τ 2 или их комбинации.

Например, на котельной необходимо установить ПТА со следующими параметрами: Q р = 1000 кВт, t 1 = 110 °C, t 2 = 80 °C, τ 1 = 95 °C, τ 2 = 70 °C. Поставщиком предложен ПТА с фактической поверхностью теплообмена F = 18,48 м 2 с фактором загрязнения R н р = 0,62·10 -4 (коэффициент запаса δf = 0,356); К р = 4388 Вт/(м 2 · °С).

В таблице приведены, в качестве примера, три различных расчётных режима, полученные из исходного. Последовательность расчёта: с помощью формулы 11 вычисляется константа С he ; с помощью формулы 2 определяются необходимые расчётные режимы.

Таблица. Исходный и расчётные режимы ПТА.

Наименование	Размерность	Обозначение	Тепловые режимы
			исходный	расчёт 1	расчёт 2		расчёт 3
Тепловая мощность	кВт	Q	1000	1090	1000	1000
Запас	-	δf	0,356	0,000	0,000	0,000
Степень чистоты	-	β	0,738	0,000	1,000	1,000
Температура греющей воды на входе	°С	t 1	110,0	110,0	110,0	106,8
Температура греющей. воды на выходе	°С	t 2	80,0	77,3	75,4	76,8
Температура нагреваемой воды на выходе	°С	τ 1	95,0	97,3	95,0	95,0
Логарифмическая разность температур	°С	∆t	12,33	9,79	9,40	9,07
ТФК	-	ϴ	4,670	4,974	4,958	4,694
Коэффициент теплопередачи	Вт/(м 2 ·°С)	K	4388	6028	5736	5965
Расход греющей воды	т/ч	G 1	28,7	28,7	24,9	28,7
Расход нагреваемой воды	т/ч	G 2	34,4	34,4	34,4	34,4
Термическое сопротивление слоя накипи	м 2 ·°С/Вт	10 4 ·R н	0,62	0	0	0
Константа ПТА	-	C he	-	0,2416

Расчётный режим 1 иллюстрирует разгон ПТА (Q = 1090 кВт) при условии, что источник тепловой энергии имеет достаточную мощность, при этом при неизменных расходах температура t 2 снижается до 77,3, а температура τ 1 повышается до 97,3 °C.

Расчётный режим 2 моделирует ситуацию, когда клапан регулятора температуры, установленный на трубопроводе с греющим теплоносителем, с целью поддержания постоянной температуры τ 1 = 95 ° С, уменьшает расход греющего теплоносителя до 24,9 т/ч.

Расчётный режим 3 моделирует ситуацию, когда источник тепловой энергии не имеет достаточной мощности для разгона ПТА, при этом обе температуры греющего теплоносителя снижаются.

Константа С he является совокупной характеристикой, заключающей в себе геометрические характеристики и расчётные тепловые параметры. Константа неизменна в течение всего срока службы ПТА при условии сохранения постоянства начального количества и «качества» (соотношения количества пластин H и L ) установленных пластин.

Таким образом, ПТА может быть смоделирован, что открывает пути для выполнения необходимых поверочных расчётов при различных комбинациях исходных данных. В качестве искомых параметров могут быть: тепловая мощность, температуры и расходы теплоносителей, степень чистоты, термическое сопротивление возможного слоя накипи.

С помощью уравнения 2 по известному расчетному режиму можно рассчитать параметры для любого другого режима, в том числе определить тепловую мощность по измеренным на портах четырём температурам теплоносителей. Последнее возможно только при условии заранее известной величины термического сопротивление слоя накипи.

Из уравнения 2 может быть определено термическое сопротивление слоя накипи R н:

. (12)

Оценка степени чистоты поверхности теплообмена для диагностики ПТА находится по формуле.

Выводы

1. Предлагаемый метод поверочного расчёта может быть использован при проектировании и эксплуатации трубопроводных систем с водоводяными одноходовыми ПТА, включая диагностику их состояния.

2. Метод позволяет по известным расчётным параметрам ПТА производить расчеты различных переменных режимов, не обращаясь к производителям теплообменного оборудования.

3. Метод можно адаптировать к расчету ПТА с другими, кроме воды, жидкими средами.

4. Предложено понятие константы ПТА и формул для расчёта. Константа ПТА является совокупной характеристикой, заключающей в себе геометрические характеристики и расчётные тепловые параметры. Константа неизменна в течение всего срока службы ПТА при условии сохранения постоянства начального количества и «качества» (соотношения количества «жёстких» и «мягких») установленных пластин.

Литература

1. Григорьев В.А., Зорин В.М. (ред.). Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник. Москва, Энергоатомиздат, 1982.

2. Сапрыкин И.М. О поверочных расчётах теплообменников. «Новости теплоснабжения», № 5, 2008. С. 45-48.

3. . Сайт РосТепло.ру.

4. Зингер Н.М., Тарадай А.М., Бармина Л.С. Пластинчатые теплообменники в системах теплоснабжения. Москва, Энергоатомиздат, 1995.