что лучше противоток или прямоток

Мм4.Сравнение эффективности схем прямоток и противоток

Отличие прямотока от противотока незначительно, когда( меньше 0,05 или больше 10; в случае фазовых превращений – кипение второго теплоносителя и – конденсация первого теплоносителя,), т.е.Эффективность прямотока и противотока практически одинакова когда имеется слабое изменение температуры одного из теплоносителей по сравнению с изменением температуры другого или по сравнению со средним температурным напором. Во всех же остальных случаях схема противоток является наиболее эффективной, так как:

1. Максимальная температура холодного теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата может быть выше минимальной температуры горячего теплоносителя на выходе из ТА ;

2. При одних и тех же начальных и конечных температурах теплоносителей средний температурный напор при противотоке больше, чем при прямотоке.

При прямотоке понижение температуры греющего (горячего) теплоносителя по ходу движения сопровождается повышением температуры нагреваемого (холодного) теплоносителя. Это влечет за собой два важных следствия:

1. Максимальная температура холодного теплоносителя на выходе из ТА не может быть выше минимальной температуры горячего теплоносителя (всегда , при )

2. Несмотря на наличие большой разности температур на входе при больших значениях изменения температур теплоносителей и , величина оказывается очень малой, что приводит из-за большого значения к снижению и соответственно росту необходимой поверхности теплообмена .

Единственным преимуществом прямотока является меньшее значение максимальной температуры поверхности теплообмена (которая лежит между температурами горячего и холодного теплоносителя) и меньший градиент температур по длине, что приводит к меньшей величине температурных деформаций. Это преимущество используется при конструировании высокотемпературных ТА, облегчает условия работы металла ценой увеличения габаритных размеров и массы

Расчет среднего температурного напора при сложных движениях теплоносителей

Графоаналитический метод расчета среднего температурного напора

Коэффициент теплопередачи в ТА для гладкотрубчатых и плоских поверхностей теплообмена

е

средний температурный напор

Q,Вт=const. Тепловой поток:

Теплопередача через многослойную плоскую стенку.

Коэффициент теплопередачи в оребренных поверхностях теплообмена.

Удельные поверхности на 1м длины трубок м2/м=м

Оребренная

А. Поперечное оребрение

А.Квадратные ребра

Б. Круглые ребра

Уравнение теплового баланса при расчете ТА

I. Теплообмен без фазовых превращений

II. Конденсация насыщенного пара

энтальпия пара и конденсатора, ДЖ/кг

III. Конденсация перегретого пара

IV. Нагрев, кипение жидкости (парообразование), перегрев пара

Обобщенные уравнения для расчета газожидкостных ТА(ВО,ТП(СП);ГО и газогазовых ТА(ВП(Р),ГП(Р)

Коэффициент сужения фронтального сечения

Расчет ВО,ТП(СП)-ОГТУ ГО-ЗГТУ. Принцип расчета воздухо и газоохлодителей ГТУ с перекрестной схемой движения теплоносителей по обобщенным уравнениям.

— плотность воздуха

Zl=zг,Z2=Zв

Температура «t»-C

Расчет: 1.Средний температурный напор

, ºC

2. Средняя температура воды

, ºC

3. Теплофизические свойства воды

4. Средняя температура газа

, ºC

5. Теплофизические свойства газа

, где , Па

— давление газа на входе в ТА, Па

— заданное гидродинамическое сопротивление

6. Тепловая нагрузка

, Вт

-расход газа, кг/с

7. Коэффициент эффективности тепловой работы

8. Относительное термическое сопротивление газового теплоносителя

— воздух углекислый

— гелий

— воздух, углекислый газ

— гелий

9. Коэффициент и степени в уравнениях конвективного теплообмена и гидродинамического сопротивления

Треугольная разбивка трубок:

dн/dвн=6/5; 8/6; 10/8; 12/10; 15/13; 16/14; 17/15; 18/16; 19/17; 20/18

10. Полная длинна пути газа.

Lr = […] , м

11. Глубина трубного пучка

,м

12. Относительное фронтальное сечение

, м 2 (кг/с)

13. Полное фронтальное сечение по газу

,м 2

14. Объем трубного пучка

16. Полное число трубок

Толщина отложений по воде

— диаметр отложений

Источник

Сравнение прямотока с противотоком

Чтобы выяснить преимущество одной схемы перед другой, достаточно сравнить количества передаваемой теплоты при прямотоке и противотоке при равенстве прочих условий. На рис.5.3 нанесена зависимость отношения количества теплоты, передаваемой при прямотоке Q_п, к количеству теплоты, передаваемой при тех же условиях при противотоке Q_z, как функция от С₁/С₂ и kF/С₁, т.е.

Рис. 5.3. Сравнение прямотока и противо­тока

Из рис.5.3 следует, что прямоточная и противоточная схемы могут быть равноценны только при очень больших и очень малых значениях С₁/С₂ или очень малых значениях параметра kF/С₁.

Первое условие соответствует случаю, когда изменение температуры одного из теплоносителей мало.

Второе условие выполняется тогда, когда температурный напор велик по сравнению с изменением температуры рабочей жидкости. Это вытекает из соотношения

Во всех остальных случаях при прочих равных условиях при прямотоке теплоты передается меньше, чем при противотоке (рис.5.3). Поэтому с теплотехнической точки зрения всегда следует отдавать предпочтение противотоку над прямотоком.

Однако следует иметь в виду, что если один из теплоносителей имеет высокую температуру, то при противотоке поверхность теплообмена будет находиться в более тяжелых температурных условиях, чем при прямотоке.

17.5. Методы определения температур поверхности теплообмена

Если известно распределение теплового потока по поверхности теплообмена, расчет температуры поверхности можно вести по формулам:

для плоской стенки из уравнений

q= α₁(t₁-t_c1); (a)

q= ; (б)

; (г)

из совместного решения (а) и (б) следует:

. (д)

Решив совместно уравнения (г) и (д), получим

Эти формулы справедливы для расчета температур и на многослойной поверхности теплообмена. В этом случае для плоских стенок в формулу подставляются δ – полная толщина многослойной стенки и λ – эквивалентный коэффициент теплопроводности многослойной стенки.

Для тонких цилиндрических стенок (d₂/d₁

Источник

Сравнительная оценка схем взаимного движения теплоносителей.

При противотоке (рис. 4.11) более холодный теплоноситель с той же начальной температурой t₂„ может нагреться до более высокой температуры t’_2K, чем при прямотоке (t_2K)- Это позволяет сократить расход горячего теплоносителя. Одновременно это приводит к некоторому снижению средней разности температур и, следовательно, к увеличению поверхности теплопередачи.

Рис. 4.77. Сравнение прямотока (кривые 7 и 2) и противотока (кривые 7 и 3)

Однако экономический эффект, достигаемый за счет экономии теплоты вследствие снижения расхода горячего теплоносителя, превышает дополнительные затраты, связанные с увеличением поверхности нагрева.

Сопоставление противотока и прямотока при одинаковых начальных и конечных температурах теплоносителей (рис. 4.12) показывает, что при противотоке средняя разность температур выше, чем при прямотоке при неизменном расходе теплоносителей. Следовательно, поверхность теплопередачи при противотоке меньше.

На практике теплообменные аппараты работают большей частью по схеме противотока. Однако применение прямотока иногда диктуется технологическими требованиями. Например, в барабанных сушильных аппаратах применяется прямоток при движении сушильного агента и высушиваемого продукта в тех случаях, когда высушиваемый продукт обладает низкой термоустойчивостью. Следует отметить, что в случае, когда температура хотя бы одного из теплоносителей остается постоянной (при конденсации, при кипении), то направление движения теплоносителей не оказывает влияния на среднюю разность температур и расходы теплоносителей.

Рис. 4.12. Сравнение прямотока (кривые 7 и 2) и противотока (кривые 7 и 3)

Источник

Что такое противоток? Почему такая схема более эффективна для теплообменников?

По направлению движения теплоносителей кожухотрубные теплообменники делятся на теплообменники противотока и теплообменники параллельного потока. В этой статье мы обсудим, почему противоток обеспечивает более эффективное охлаждение.

Теплоноситель в кожухотрубном теплообменнике, как правило, проходит через центральный трубный сердечник, охлаждая горячее масло, воду или воздух, проходящие поверх и вокруг труб. Две жидкости в теплообменнике могут двигаться либо параллельно друг другу, либо противонаправленно. В этой статье мы рассмотрим, почему движение в противоположных направлениях более эффективно и почему компания Bowman рекомендует этот метод при установке своих теплообменников.

Параллельный поток или противоток – в чем разница?

Ответ – в самом названии: в теплообменниках параллельного потока жидкость, которую необходимо охладить, движется через теплообменник в том же направлении, что и теплоноситель.

Хотя такая схема обеспечивает охлаждение, у нее есть определенные ограничения.

Например, если горячая жидкость на входе в теплообменник имеет температуру, скажем, 100 °C, а температура теплоносителя на входе в теплообменник – 30 °C, то средняя разность температур двух жидкостей уменьшается. Это происходит потому, что поступающий в теплообменник теплоноситель, проходя параллельно горячей жидкости, постепенно нагревается по всей длине теплообменника, а так как холодная вода поступает только рядом с самым горячим участком устройства, теплообменник не может охладиться до температуры ниже, чем температура собственно теплоносителя, как показано на рисунке ниже.

Более того, при использовании такой схемы в теплообменнике может возникнуть термическое напряжение, так как одна половина устройства заметно теплее другой.

В чем отличие противотока?

Теплоноситель, поступающий в теплообменник противотока, поглощает тепло по мере движения «горячей» жидкости в противоположном направлении. При прохождении через теплообменник теплоноситель нагревается, но так как в устройство поступает более холодная вода, она поглощает больше тепла, понижая температуру гораздо эффективнее, чем в теплообменнике параллельного потока.

Как показано на рисунке ниже, средняя разность температур теплоносителя и охлаждаемой жидкости практически постоянна по всей длине теплообменника, что существенно уменьшает термическое напряжение устройства.

Что же это означает?

Хотя теплообменник параллельного потока обеспечивает понижение температуры, он далеко не так эффективен, как теплообменник противотока, и для достижения нужной температуры на выходе, возможно, потребуется более мощное устройство.

В отличие от параллельного потока, противоток значительно более эффективен: в зависимости от расхода и температуры, коэффициент теплопередачи может быть на 15% выше, что, в свою очередь, означает возможность использования меньшего теплообменника и экономию пространства и денег!

Источник