Методы расчета процессов массо- и теплообмена

УДК 536 
ББК 31.31 
С60 
Рецензенты: 
член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор В.Г. Гагарин, 
главный научный сотрудник НИИСФ РААСН; 
доктор технических наук, профессор П.А. Хаванов, 
профессор кафедры теплогазоснабжения и вентиляции НИУ МГСУ 
Соловьева, Е.Б. 
С60  
Методы расчета процессов массо- и теплообмена [Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / Е.Б. Соловьева, А.А. Малышева ; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Национальный исследовательский Московский государственный строительный 
университет; кафедра теплогазоснабжения и вентиляции. — Электрон. дан. и прогр. (0,9 Мб). — 
Москва : Издательство МИСИ — МГСУ, 2020. — Режим доступа: http://lib.mgsu.ru/Scripts/irbis64r91/ 
cgiirbis64.exe?C21COM=F&I21DBN=IBIS& P21DBN=IBIS. — Загл. с титул. экрана. 
ISBN 978-5-7264-2138-4  
В учебно-методическом пособии приведены общие методы расчета теплообменных аппаратов различного типа. Рассмотрены основы физических процессов передачи теплоты. Даны рекомендации для подготовки к практическим занятиям и самостоятельной работе, разъяснен порядок выполнения расчетов с приведенными примерами. 
Для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство. 
Учебное электронное издание 
© Национальный исследовательский 
Московский государственный 
строительный университет, 2020 

Редактор Е.Б. Махиянова 
Корректор Л.А. Попова 
Компьютерная верстка С.А. Глембовецкого 
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного 
Для создания электронного издания использовано: 
Microsoft Word 2013, ПО Adobe Acrobat 
Подписано к использованию 21.01.2020. Объем данных 0,9 Мб. 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования  
«Национальный исследовательский  
Московский государственный строительный университет» 
129337, Москва, Ярославское ш., 26 
Издательство МИСИ – МГСУ 
Тел.: (495) 287-49-14, вн. 13-71, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95, 
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru 

Оглавление 
ВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................................................................  5 
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ............................................................................................  7 
ГЛАВА 1. РАСЧЕТ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ .....................................................................................  8 
ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ЭКОНОМАЙЗЕРА 
................................................................................................  16 
ГЛАВА 3. РАСЧЕТ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ ...........................................................................  24 
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ ВОДО-ВОДЯНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА ......................................................  30 
Приложение 1. Физические параметры различных газов 
....................................................................  38 
Приложение 2. Варианты параметров рекуперативных теплообменных аппаратов ........................  41 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ....................................................................................................  42 
 

ВВЕДЕНИЕ 
Цель выполнения расчета параметров теплообменного аппарата, на основании которых производится окончательный выбор его типа и конструкции, — определение размеров и выполнение 
чертежа аппарата. Тематика самостоятельной работы обычно охватывает разделы курса, связанные с расчетом рекуперативных теплообменников. 
В теплообменных аппаратах осуществляется передача теплоты от одного теплоносителя другому в процессе теплопередачи. Теплообменный аппарат (теплообменник) — это устройство, предназначенное для нагревания или охлаждения теплоносителя (жидкости, газа, пара и др.). Исключение 
составляют теплообменники с внутренним тепловыделением, в которых теплота выделяется в самом 
аппарате и используется для нагревания теплоносителя (электронагреватели и реакторы). Существует три типа теплообменных устройств: рекуператоры, регенераторы, смесительные аппараты. 
1. В рекуператорах греющая и нагреваемая среды (теплоносители) разделены теплообменной 
поверхностью (стенкой), которая по отношению к греющей среде является поверхностью охлаждения, а по отношению к нагреваемой среде — поверхностью нагрева. Для уменьшения термического 
сопротивления стенка выполняется из высокотеплопроводного материала: меди, латуни, сплавов 
алюминия и др. Наиболее распространены трубчатые теплообменники, в которых один теплоноситель движется в трубах, а другой — в межтрубном пространстве. Примером рекуперативных 
аппаратов являются котельные установки, парогенераторы, подогреватели, конденсаторы и др. 
В зависимости от взаимного направления потоков горячего и холодного теплоносителей в рекуперативных аппаратах различают три основные схемы движения жидкости: прямоток, противоток 
и перекрестный ток. В первом случае оба теплоносителя движутся параллельно в одном направлении, во втором — параллельно, но в противоположных направлениях. При перекрестном токе один 
теплоноситель движется в направлении, перпендикулярном движению другого. Используются также 
схемы, являющиеся различными комбинациями прямотока, противотока и перекрестного тока. 
2. В регенераторах поверхность теплообмена попеременно омывается обоими теплоносителями. Теплота в цикле нагревания аккумулируется в массе регенератора (насадке) за счет теплоотдачи горячего теплоносителя. В последующем цикле охлаждения насадки теплота отдается холодному теплоносителю. Регенераторы могут быть неподвижными и подвижными. В качестве насадки 
регенераторов используются твердые, достаточно массивные материалы: листы металла, щебень, 
кирпичи. Регенераторы широко используются для высокотемпературного подогрева газов, поскольку жаростойкость металлов ограничена, а насадка из огнеупорных кирпичей может работать 
при очень высоких температурах. Примерами таких аппаратов являются регенераторы доменных 
и сталеплавильных печей, воздухонагреватели доменных печей и др. 
3. В смесительных аппаратах горячий и холодный теплоносители вступают в непосредственный 
контакт. Так происходит, например, при конденсации пара на струях жидкости или при барботаже 
(продувке пара через некоторый объем воды) для поддержания заданных температур в системе горячего водоснабжения. В системах отопления смешивают воду, идущую из котельной или ТЭЦ с температурой до 150 °С, с водой, возвращающейся от потребителя, температура которой ниже 70 °С. Смесительные теплообменники используются также для передачи теплоты в легко разделяющихся теплоносителях: газ — жидкость, газ — дисперсный твердый материал, вода — масло и др. Для увеличения 
поверхности контакта теплоносители тщательно перемешивают, жидкости разбрызгивают или разбивают на мелкие струи. Примерами таких аппаратов являются градирни, скрубберы, деаэраторы и др. 
Требования к промышленным теплообменным аппаратам в зависимости от конкретных условий применения весьма разнообразны. Основными требованиями являются: 
− обеспечение наиболее высокого коэффициента теплопередачи при возможно меньшем гидравлическом сопротивлении; 
− компактность и наименьший расход материалов; 
− надежность и герметичность в сочетании с разборностью и доступностью поверхности теплообмена для механической очистки от загрязнений; 
− унификация узлов и деталей; 
− технологичность механизированного изготовления широких рядов поверхностей теплообмена для различного диапазона рабочих температур, давлений и т.д. 
5 

При создании новых, более эффективных теплообменных аппаратов стремятся, во-первых, 
уменьшить удельные затраты материалов, труда, средств и затрачиваемой при работе энергии по 
сравнению с теми же показателями существующих теплообменников. Во-вторых, целью новых 
разработок является повышение интенсивности и эффективности работы аппарата. 
Удельными затратами теплообменных аппаратов называют затраты, отнесенные к тепловой 
производительности в заданных условиях. 
Интенсивностью процесса, или удельной тепловой производительностью теплообменного 
аппарата, называется количество теплоты, передаваемое в единицу времени через единицу площади поверхности теплообмена при заданном тепловом режиме. 
Интенсивность процесса теплообмена характеризуется коэффициентом теплопередачи. 
На интенсивность и эффективность влияют также форма поверхности теплообмена; эквивалентный диаметр и компоновка каналов, обеспечивающие оптимальные скорости движения сред; 
средний температурный напор; наличие турбулизирующих элементов в каналах; оребрение и т.д. 
Кроме конструктивных методов интенсификации процесса теплообмена, существуют режимные методы, связанные с изменением гидродинамических параметров и режима течения жидкости 
у поверхности теплообмена. Режимные методы включают: подвод колебаний к поверхности теплообмена, создание пульсации потоков, вдувание газа в поток либо отсос рабочей среды через пористую стенку, наложение электрических или магнитных полей на поток, предотвращение загрязнения поверхности теплообмена путем сильной турбулизации потока и т.д.