ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ТЕОРИЯ И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ЧИСЛОВЫЕ ПРИМЕРЫ

ИДЕАЛЬНЫЙ РЕГЕНЕРАТОР ПЕРВОЙ И ВТОРОЙ СТЕПЕНИ

Прежде всего необходимо дальнейшее рассмотрение связать с уравнением (581). При каких условиях средняя разность тем ператур ДФпов. ср равна нулю? В первую очередь в том

Случае, если температуры кирпича в период газа и воздуха рав­ны. Это возможно', когда кирпичи характеризуются бесконечно большим коэффициентом теплопроводности (в направлении, пер­пендикулярном потоку) и бесконечно малой толщиной; в этом

* Коэффициенты теплоотдачи в гладких каналах (в кауперах) были опре­делены Г. Г. Бёмом и Г. Шефельсом: Arch. Eisenhiittenw., 6 (193t2/33), стр. *^23/31 или 477/86. Коэффициенты теплоотдачи в .насадках типа Сименса были измерены Г. Кистнером и К. Шумахером: Arch. Eisenhtittenwes.,

3 (1929/30), стр. 751/68); 4 (1930/31), стр. 63/74.

Случае их температура будет неизменной и потому Д&пов. ср — О Такой регенератор называется идеальным регенератором первой степени.

Кроме того, средние температуры поверхности кирпича в га­зовый и воздушный периоды равны также и в тех случаях, когда изменение температур происходит по прямой линии, синусоиде или по другой какой-либо симметричной кривой (см. рис. 55, ле­вую часть). Такой регенератор называется идеальным регенера­тором второй степени.

*гщ [189]£П 3*ГП? т^ВП Tgn &вп *ВП *irn *£П Тт &гп *гп hn 3*0! Т8П Jrn

4 2 4 4 2 4 4 * - - - *

Синусоидальное и прямолиней­ное изменение температуры (,в обоих случаях Ср-Элтлср)

Рис. 55. Изменение температуры поверхности кирпича с одинаковыми и разными средними значениями в газовый а и воздушный б периоды (в

ООоих случаях $в пов(

Какая же экономическая разница между идеальными реге­нераторами первой и. второй степени, если учесть, что коэффици­енты теплопередачи в обоих случаях равны, причем равны макси­мально возможному значению?

Идеальный регенератор второй степени может быть осущест­влен в том случае, если температура газа за период, вследствие внешнего воздействия, повышается по определенной кривой, а именно значительно быстрее, чем температура поверхности кир­пича, а температура воздуха соответственно падает. Если счи­тать, что воздух нужно нагреть до температуры °С * при температуре газа тЭ’п °С, то, следовательно, «температурный коэффициент полезного действия»

= І5Ї - . 100%. (584)

Г1

В «идеальном регенераторе первой степени (все абсолютно яс­но: все температуры постоянны во «времени, температура подо­грева та же, что и в рекуператоре. Иначе обстоит дело в идеаль­ном регенераторе второй »степени. Необходимо предположить, что температура газа на входе растет в газовый период в функ­циональной зависимости

»г1тр = *он(1+&-тР)°С, (585)

Где ^г1т — температура газа на входе для времени тг, т. е.

Спустя тг часов после начала газового периода. В таком регене­раторе (с реальными кирпичами, у которых, »следовательно, ни коэффициент теплопроводности К, ни толщина 5 не бесконечны), температура горячего воздуха падает в течение периода воздуха вследствие охлаждения кирпичей; уменьшение этой температу­ры описывается выражением

»ватв = вов2(1-6Ч)°С, (586)

Где -&ОВ2 —температура горячего воздуха к началу периода и Ъв2х —температура спустя тв часов. Как показывает более точ­ный расчет, коэффициент Ь можно выбрать таким, чтобы, несмот­ря на реальный кирпич, можно было получить идеальный регене­ратор второй степени. Для сравнения идеальных регенераторов первой и второй степени необходимо предположить одинаковый подогрев, т. е. температура горячего воздуха в идеальном регене­раторе первой степени должна быть равна средней температуре горячего воздуха идеального регенератора второй степени. Следовательно,

&В2 - &0в2 (1 - ~ • тв.„) °С. (587)

Здесь Оов2 ^1------- • тв. п| — средняя температура по урав-

Нению (586) в интервале времени тв =0 и тв. п, причем тв. п — продолжительность воздушного периода. В соответствии с при­нятым написанием — средняя температура горячего возду­ха на выходе. Наименьшая температура воздуха в конце перио­да равна:

■'в. п = ^0в2 (1 — V • тв. п) °С. (588)

Она, естественно, ниже температуры горячего воздуха в идеаль­ном регенераторе первой степени, но выше начальной темпера­туры. Для средней температуры газа справедливо соотношение

$г1 = #ог! • “Ь"^" * тг. п^ °С, (589)

Где Фг1 — (постоянная температура «а входе идеального регене­ратора первой степени и don согласно уравнению

(585), — средняя температура газа на входе. Теперь основным вопросом является то, что в идеальном регенераторе второй сте­пени во второй половине газового периода необходима более вы­сокая температура газа и в конце этой половины периода темпе­ратура газа, равная Д»г = &0гі • (1 + б^г. п) — &гі (590)

Или после подстановки уравнения (589)

Д #г — #0г1 • • тг. п С

Будет выше, чем »постоянная температура на входе идеального регенератора первой степени. Но, как известно, определямое ко­личество тепла будет тем значительнее, чем выше температура. Следовательно, в общем это означает дополнительные затраты для достижения более высокой температуры газа во второй по­ловине газового периода, без чего необходимая более низкая температура в первой половине может это компенсировать. Да­лее для некоторых процессов необходима совершенно определен­ная температура подогреваемой среды, что требует совершенно определенной температуры греющего горячего газа. В таких слу­чаях необходимо рассчитывать на минимальную температуру го­рячего воздуха и в начале периода уменьшить более высокую температуру горячего воздуха до требуемого значения путем добавления холодного воздуха. Если далее 'исходить из необхо­димой максимальной температуры газа в конце тазового перио­да, то в этом случае температурный коэффициент полезного дей­ствия идеального регенератора второй степени

Ему противостоит температурный коэффициент полезного дейст­вия идеального регенератора первой степени [средние темпера­туры по уравнениям (587) и (589)]
периода йог1*= 10иииС, далее Ь = Ь'=0,16 и тго = *„<> — 1 часу, то по уравнению (592)

TOC o "1-5" h z ^-ІЖП^-100^62’80/« <594>

И температурный коэффициент полезного действия идеального регенератора первой степени

= _8_ТО -_М25 юо = ?3 2 (595

*и 1000-1,075 ' ;

Следовательно, существенная разница наблюдается даже если поверхности нагрева и (коэффициенты теплопередачи обоих реге­нераторов равны и количества полезно переданного тепла в них также равны. Одновременно эти расчеты дают картину того, ка­кой экономический ущерб связан с очень сильным колебанием температуры подогрева в обычном реальном регенераторе, акку­мулирующая способность которого слишком мала.