Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Расчет и конструирование охладителей ⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 10
В качестве охладителей в комбинированных двигателях внутреннего сгорания преимущественно используют рекуперативные теплообменники. Рекуперативными называют такие аппараты, в которых теплота от горячего теплоносителя к холодному передается через стенку, разделяющую теплоносители, и, таким образом, процесс передачи теплоты происходит через поверхность твердого тела. Поэтому рекуперативные аппараты называют также поверхностными. В зависимости от вида греющих и охлаждающих теплоносителей различают газовые, газожидкостные и жидкостные теплообменники. В газовых теплообменниках оба теплоносителя - газы, и коэффициенты теплоотдачи на противоположных сторонах разделяющей их поверхности обычно не отличаются более чем в 2-3 раза, а их абсолютные значения ниже соответствующих значений в жидкостных теплообменниках в 10-100 раз.
Рис.259. Виды оребрения труб: а - винтовая накатка; б - продольные внутренние ребра; в - коллективное оребрение плоскими пластинками; г - продольные внешние ребра.
В комбинированных двигателях внутреннего сгорания газовые теплообменники применяют в воздуховоздушных системах охлаждения наддувочного воздуха тепловозных и автотракторных дизелей. В газожидкостных рекуперативных теплообменниках осуществляется передача теплоты либо от газового теплоносителя (наддувочный воздух) к жидкости (вода), либо от жидкости (вода, масло) к воздуху. В связи с этим газожидкостные теплообменники в комбинированных двигателях внутреннего сгорания используют в качестве охладителей наддувочного воздуха, а также в качестве радиаторных охладителей воды и масла. В жидкостных теплообменниках охлаждение одного жидкого теплоносителя происходит за счет нагревания другого, при этом теплоемкости жидких теплоносителей отличаются незначительно. Теплообменники такого типа особенно целесообразно использовать в тех случаях, когда коэффициенты теплоотдачи двух жидкостей не отличаются более чем в 2-3 раза, и вследствие этого нет особой необходимости увеличивать площадь поверхности теплообменника. По типу тепло передающей поверхности рекуперативные теплообменники подразделяют на трубчатые и пластинчатые. В трубчатых теплообменниках используют гладкие трубы, как круглые, так и плоские, а также трубы с увеличенной площадью поверхности теплообмена в результате применения поперечных и продольных ребер, оребрения винтовой накаткой, проволочными петлями, гладкими и рифлеными пластинами (рис. 259). При этом поверхности теплообмена большей площади выполняют со стороны теплоносителя с меньшим коэффициентом теплоотдачи. Пластинчатые теплообменники изготовляют из листового материала. Как правило, они имеют фигурные выштамповки и каналы на поверхности для увеличения коэффициента теплоотдачи. Если один из теплоносителей имеет в 2-3 раза меньший коэффициент теплоотдачи, то с его стороны применяют ребра, которые увеличивают поверхность теплопередачи и турбулизируют поток. При низких коэффициентах теплоотдачи с обеих сторон разделительной стенки теплообменника часто используют двустороннее оребрение (рис. 260). Основными видами взаимного движения теплоносителей в теплообменниках являются прямоток, противоток и одно кратные или многократные перекрестные токи.
Рис.260. Формы теплообменных поверхностей пластинчатых аппаратов: а - пластинчато-ленточные двусторонние; б - трубчато- ленточные; в — пластинчатые с фигурными выштамповками; г - пластинчато-ленточные односторонние
При прямотоке охлаждаемый и нагреваемый теплоносители движутся в одном направлении относительно разделяющей их стенки, при противотоке -в противоположных направлениях. При однократно или многократно перекрестном токе теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях. Расчет рекуперативных теплообменников непрерывного действия основан на совместном решении уравнений теплового баланса и теплопередачи. Уравнение теплового баланса имеет вид (172) где Q - тепловой поток; G1 и G2 - массовые расходы охлаждаемой и охлаждающей сред; , , и - начальная и конечная энтальпии соответственно охлаждаемой и охлаждающей сред; - потери теплоты в окружающую среду. В охладителях двигателей внутреннего сгорания потери теплоты в окружающую среду обычно незначительные (в основном это радиационные потери), и ими можно пренебречь. Кроме того, учитывая, что изменение температуры потоков теплоносителей относительно невелико, можно принять удельную теплоемкость теплоносителей, участвующих в теплообмене, постоянной. Тогда уравнение теплового баланса (173) где и - средние удельные теплоемкости охлаждаемой и охлаждающей сред в интервале рабочих температур; , , , - начальная и конечная температуры соответственно охлаждаемой и охлаждающей сред. В общем случае основное расчетное уравнение теплопередачи записывается в интегральном виде: Если использовать средние значения коэффициентов теплопередачи и температурного напора, то уравнение теплопередачи для непрерывных процессов примет вид (174) где k - средний постоянный для поверхности F коэффициент теплопередачи; ΔT -средний по поверхности F температурный напор между теплоносителями. Вид расчетной формулы для определения среднего температурного напора ΔT зависит от направления взаимного движения рабочих сред. При использовании противотока температура охлаждающей среды приближается к максимальной температуре охлаждаемой среды. При использовании прямотока охлаждающий теплоноситель не может иметь температуру больше минимальной температуры охлаждаемого теплоносителя (рис. 261). При прямотоке, противотоке и при постоянной температуре одного из теплоносителей средний температурный напор определяют как средний логарифмический, т.е. (175)
Рис. 261. Изменение температур теплоносителей при различном соотношении водяных эквивалентов: a - W1 = W2; б - W2 >W2; в-W1 < W2 - при прямотоке; при противотоке;
где и - соответственно больший и меньший температурные напоры между охлаждаемым и охлаждающим теплоносителями на концах теплообменника. При отношении / ≤ 1,7 определить ΔT с погрешностью, не превышающей 3%, можно по формуле для среднего арифметического температурного напора: ΔT = АТар =0,5 ( + ). При всех других схемах течения ( 176) где - поправочный коэффициент, зависящий от значений вспомогательных величин Р и R и схемы движения теплоносителей; ; ; и - водяные эквиваленты охлаждаемого и охлаждающего теплоносителей. Значение поправочного коэффициента как функцию Р и R для различных схем движения теплоносителей находят по графикам или расчетным зависимостям. С достаточной для практических расчетов точностью средний температурный напор можно рассчитать по формуле (177)
где ; - коэффициент противоточности теплообменника, значения зависят как от схемы движения теплоносителей, так и от формы теплообменных поверхностей (табл. 6).
6. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОТИВОТОЧНОСТИ
Ниже приведены значения рпт для различного числа ходов п в случае многоходового перекрестного противотока с разделением охлаждающего теплоносителя.
Перемешивающимся (неразделенным) называют теплоноситель, температура которого поперек его хода выравнивается вследствие перемешивания (теплоноситель, движущийся между трубками), а неперемешивающимся (разделенным) - теплоноситель, температура которого поперек хода не выравнивается (при движении внутри параллельно расположенных трубок). Точность расчета теплообменника в основном зависит от точности определения коэффициента теплопередачи k. Для вычисления коэффициента теплопередачи необходимо знать коэффициенты теплоотдачи со стороны охлаждаемого α1 и охлаждающего α 2 теплоносителей, а также термическое сопротивление теплопередающей поверхности δ/λ,-для однослойной стенки или - для многослойной стенки (где δ – толщина стенки, λ -коэффициент теплопроводности материала стенки). Коэффициент теплопередачи многослойной стенки, на поверхности которой при работе теплообменника образуются различные отложения (солей, смол и т.д.), рассчитывают по уравнению (178)
где Σ Rзаг - термическое сопротивление, учитывающее загрязнение с обеих сторон теплопередающей поверхности, м2 · К / Вт. Как правило, при расчете теплообменников Rзаг выбирают на основании опыта эксплуатации аналогичного теплообменника. Максимальная толщина слоя отложений не должна превышать 0,5 мм, для чего следует предусмотреть возможность периодической химической промывки либо чистки теплообменных поверхностей от отложений. Термическое сопротивление слоя отложений толщиной 0,3-0,5 мм составляет: 3,5·10-4м²·К/Вт - для накипи; 5·10-4м²·К/Вт - для ржавчины; 8,6·10-4м²·К/Вт -для смолистых отложений смазочного масла при толщине слоя отложений 0,1 мм. В случае неоребренной цилиндрической теплопередающей стенки для расчета коэффициента теплопередачи используют формулу (179) где αвн и αн - коэффициент теплоотдачи соответственно с внутренней и наружной стороны трубы; dвн и dн - внутренний и наружный диаметры трубы. При определении считают, что если αвн» αн, то = dн. Если αвн= αн, то =0,5(dвн + dн); если αвн «αн, то = dвн Основные трудности возникают при подсчете коэффициентов теплоотдачи α. Они связаны с тем, что теплообменные аппараты могут иметь сложную конфигурацию поверхностей теплообмена, и, кроме того, приходится учитывать изменение температур теплоносителей по длине теплообменного аппарата. Для оценки совершенства охладителей комбинированных двигателей используют следующие характеристики. Тепловая эффективность (180) Величина характеризует отношение действительно переданной в охладитель теплоты к максимально возможной. Коэффициент использования объема трубного пучка (181) где V - объем трубного пучка или пакета пластин Коэффициент характеризует интенсивность теплопереноса в единице объема трубного пучка и устанавливает взаимосвязь тепловой нагрузки с габаритными размерами охладителя. Коэффициент использования массы трубного пучка (182) где М - масса трубного пучка или пакета пластин. Коэффициент характеризует интенсивность теплопереноса в единице массы трубного пучка и устанавливает взаимосвязь тепловой нагрузки с массой теплопередающей поверхности охладителя. Коэффициент теплопередачи k = Q/(FΔT). (183) Показатель энергетической эффективности (184) I где N1 и N2 - мощность, затрачиваемая на прокачку соответ ственно охлаждаемого и охлаждающего теплоносителей. Показатель Е характеризует теплогидродинамическое совершенство охладителя и устанавливает взаимосвязь между тепловой нагрузкой охладителя и затратами мощности на прокачку обоих теплоносителей. Потери давления на прокачку охлаждаемого Δр1 и охлаждающего Δр2 теплоносителя характеризуют аэро- и гидродинамические качества охладителя. Для каждого типа охлаждающих поверхностей значения коэффициентов , , k, Е и потерь давления Δр1 и Δр2 регламентируются соответствующими ГОСТами (табл. 7)
|