Теплообменные аппараты. Теплообменники – устройства для передачи тепла от одной среды к другой

Теплообменники – устройства для передачи тепла от одной среды к другой. По принципу действия условно подразделяются на рекуперативные, регенеративные и смесительные. В рекуперативных, наиболее распространенных,тепло передается через разделяющую среды твердую стенку; в регенеративных – за счет периодического аккумулирования и отдачи тепла каким-то промежуточным теплоносителем, обычно твердым телом; смесительные теплообменники – вряд ли нуждаются в объяснениях (это, например, бытовой кран горячей и холодной воды, где не требуется площадь теплообмена).

В рекуперативном теплообменнике при входе в него температура греющей среды t₁^/уменьшается по пути следования и на выходе из него падает до t₁^//, а нагреваемой среды - растет с t₂^/до t₂ ^//. Или, наоборот, как это представлено на рисунке справа.

Рекуперативные теплообменники делятся на прямоточные, противоточные (простейшие - типа труба в трубе), перекрестного хода, более сложные со смешанными токами теплоносителей.

В любом случае, уравнения теплопередачи и тепловых балансов сохраняют свои силы (для уравнений тепловых балансов - произведение расходных масс на температуры постоянно)

Q=k∆t_срА, …(54)

Q=-G₁∆i₁=G₂ ∆ i₂, …(55)

где Q – количество передаваемого тепла; G – расходы теплоносителей; ∆i – изменения их энтальпии, т. е. произведения теплоемкостей на температуры; k – cредний по пути следования коэффициент теплопередачи; A – расчетная поверхность теплообмена; ∆t_ср - среднийтемпературный напор (средняя разность температур между теплоносителями).

При прямотоке и противотоке, опуская промежуточные известные в популярных учебных изданиях выкладки

∆t_ср = (∆t _б - ∆ t _м) / ln (∆t _б /∆ _м), …(56)

где ∆ _б - разность температур теплоносителей на том конце поверхности теплообмена, где она больше; ∆ _м – на другом конце поверхности теплообмена. При других схемах движения теплоносителей это уточняется поправочными коэффициентами, что здесь из-за ограниченного объема изложения не может быть рассмотрено, но это есть в специальной литературе.

Коэффициент теплопередачи k находится по обычным формулам для плоских поверхностей или круглых труб (шаров, если надо), но еще и с учетом R_заг – термических сопротивлений от загрязнений с обеих сторон стенки (накипь, сажа и пр.).

Тепловые расчеты есть проектные (конструктивные), гл. обр. для определения площади поверхности теплообмена. И поверочные (проверочные) – для определения количества переданного тепла и температур теплоносителей, т. е. когда теплообменник уже существует.

Расчет любых теплообменников должен включать в себя и гидромеханический расчет, т. е. расчет энергии на движение теплоносителей через аппарат. Мощность на валу насоса или вентилятора

N = G∆p/ρη, Вт …(57)

где G – массовый расход (кг/сек);

∆p – полное сопротивление трения по пути движения жидкости и местные сопротивления, мешающие её продвижению (н/м²);

ρ – плотность жидкости или газа (кг/м³);

η – к. п. д. насоса или вентилятора.

При выборе форм и размеров поверхности нагрева не следует забывать о расходе энергии на движение теплоносителей. В этом плане целесообразен технико – экономический расчет.

Дата добавления: 2014-01-07