різниця температур

Як температурний режим впливає на оптимальні параметри? У нашому прикладі вода охолоджується з 12 до 7 ° С охолоджуючої водою, що має температуру 2 ° С. Якщо збільшити температуру охолоджуючої води до 4 ° С, то площа поверхні теплообміну, швидше за все, доведеться збільшувати. Але як зміниться оптимальний витрата води. при якому виходить мінімальна площа? Якщо вхідні температура охолоджувальної води зміниться з 12 до 10 ° С, як це вплине на оптимальний витрата?

Щоб відповісти на ці питання, нам слід приводити температурний режим до стандартного вигляду. Очевидно, що охолоджувати воду з 12 до 7 ° С не те ж саме, що з 8 до 7 ° С, навіть якщо температура охолоджуючої води в обох випадках 2 ° С. Введемо поняття термічної довжини. Під цим розуміється виражене в кельвінах зміна температури одній із середовищ, як правило, охолоджувальної, що припадає на один кельвін СРТ. Сенс цієї величини можна зрозуміти без заглиблення в деталі обчислень. Якщо прийняти, що загальний коефіцієнт теплопередачі залишається незмінним, то охолодження води від 12 до 7 ° С за допомогою води, що нагрівається від 2 до 7 ° С, це те ж саме, що і охолодження води від 120 до 70 ° С за допомогою води, нагрівається від 20 до 70 ° С.

У першому випадку ми охолоджуємо воду на 5 К при СРТ, що дорівнює 5 К, у другому випадку охолоджуємо на 50 К при СРТ 50 К. В обох випадках ми отримуємо 1 К / К. Термічна довжина, зазвичай позначається Q (тета), дорівнює в нашому випадку просто 1,0 (безрозмірна величина). Проблема полягає в тому, що для розрахунку СРТ нам потрібно знати всі чотири кінцеві температури. Однак ми не знаємо вихідну температуру охолоджуючої води, вона залежить від витрат, а ці витрати нам і належить визначити.

Введемо поняття кінцевої термічної довжини (КТД). Воно проілюстровано рис. 11. КТД представляє собою відношення зміни температури охолоджувальної води до різниці між вихідний температурою охолоджувальної води і вхідний температурою охолоджуючої води. На малюнку показані два температурні режими, які на вигляд сильно відрізняються один від одного, проте розрахунок призводить до однакових значень КТД. Вихідна температура води змінюється в обох випадках між крайніми значеннями, відповідними мінімального і нескінченного витрат, але не досягає їх.

Отже, якщо ми змінимо КТД, як це вплине на оптимальний витрата води? Які інші параметри впливають на оптимальний витрата? Що станеться з перепадом тисків? Ми наведемо приклади декількох розрахунків:

а) Збільшимо вхідні температуру охолоджуючої води до 4 ° С і визначимо оптимальні параметри:

Вода 10 кг / с 12 - 7 ° С
Вода 10,9 кг / с 9 - 4 ° С
Два апарати (CB76-70H; 6,8 м2), М = 5%

При КТД = 5/3 = 1,67 витрата зростає до G2 / G1 = 1,09.
б) У другому прикладі зменшимо КТД до 0,5, змінивши вхідні температуру води до 9,5 ° С:
Вода 10 кг / с 9,5 - 7 ° С
Вода 4,54 кг / с 7,5 - 2 ° С
Два апарати (CB76-30H; 2,8 м2), М = 5%

Таким чином, ми можемо скласти таблицю:

КТД 0 0,5 1,0 1,67

G2 / G1 0 0,454 0,77 1,09

Оптимальна витрата отриманий. Оптимальна витрата граничним переходом отримано граничним переходом.

Звернемося до рис. 12, на якому показана залежність оптимального витрати води від КТД, а запас площі і перепад тисків є параметрами. Напрямок зміни цих параметрів можна визначити з результатів попереднього обговорення.

Отримані вище результати знаходяться в згоді зі здоровим глуздом. Коли різниця температур двох середовищ дуже мала і (або) температура охолоджувальної води змінюється дуже сильно, т. Е. Для великих КТД - випадок а) здоровий глузд підказує збільшити різницю температур. Для того щоб знизити вихідну температуру охолоджуючої води, необхідно збільшити її витрата.

При невеликому зміні температури охолоджувальної води та (або) значною різниці температур двох середовищ, т. Е. Для малих КТД - випадок в), потрібно порівняно невелика площа поверхні теплообміну і велика витрата води. Число каналів визначається допустимим перепадом тисків. Теплообмінник, швидше за все, буде мати дуже великий запас площі поверхні теплообміну. Тому слід зменшити витрату води і число пластин. Оскільки теплообмінник має великий запас площі, це не вплине на продуктивність.