1 Типичные варианты изменения температур ТН

1 Типичные варианты изменения температур ТН

На рис. 1 показано изменение по длине теплообменника температур двух теплоносителей в случаях их про-тивоточного и однонаправленного движения. Видно, что в первом случае выходная температура одного из теплоносителей приближается к входной температуре второго теплоносителя. Лучшее, что может быть достигнуто в случае однонаправленного движения потоков, это близость значений выходных температур теплоносителей. При перекрестном течении теплоносителей нельзя так просто проиллюстрировать распределение температур в теплообменнике, поскольку температура даже в идеализированном случае не является функцией только расстояния.

Рис. 1. Распределение температур в противоточном теплообменнике (а) и в теплообменнике с однонаправленным движением теплоносителей (б)

2 Типы взаимодействия между потоками

Рекуперативные ТО делятся на прямоточные, противоточные и перекрестноточные. Различие заключается в схеме направления воздушных потоков. В перекрёстноточных рекуператорах потоки направлены перпендикулярно друг другу, соответственно в противоточном приборе приток и вытяжка направлены противоположно относительно друг друга, а в прямоточном — потоки параллельны и однонаправленны.

Рис. 6.3. Характер изменения температурного перепада:

а – при прямотоке; б – при противотоке.

3 Классификация теплообменников

По способу передачи теплоты: рекуперативные, регенеративные, смесительные.

По основному назначению: подогреватели, испарители, холодильники, конденсаторы.

В зависимости от вида рабочих сред: жидкостные, парожидкостные, газожидкостные.

По тепловому режиму: периодического действия с неустановившимся процессом, непрерывный с установившемся во времени процессом.

4 Основные термодинамические параметры, на которых основана теория ТОА

Бывают экстенсивные (зависят от массы системы) и интенсивные параметры (не зависят от массы системы). Экстенсивные: объем V, U- внутренняя энергия, S - энтропия, h- энтальпия, G=U+PV-TS (термодинамический потенциал), F=U-TS(термодинамический потенциал, убыль которого в квазистационарном изотермическом процессе равна работе, совершенной системой над внешними телами).

Интенсивные: P-давление, T-температура, n-концентрация, B-магнитная индукция.

5 Принципиальная схема пластинчатого теплообменника

Теплообменник пластинчатый — это рекуператор, в котором передача теплоты от горячего теплоносителя к холодной (нагреваемой) среде через стальные, медные, графитовые, титановые пластины, которые стянуты в пакет. Горячие и холодные слои перемежаются друг с другом.

Рис. Теплообменник пластинчатый

Оребрённый пластинчатый рекуператор состоит из тонкостенных оребрённых панелей,

изготовленных методом высокочастотной сварки, соединённых поочерёдно с поворотом на 90 градусов. За счёт конструкции, а также многообразия используемых материалов достигаются высокие температуры греющих сред, небольшие сопротивления, высокие показатели отношения теплопередающей площади к массе теплообменника, длительный срок службы, низкая стоимость. Такой тип рекуператоров часто используются для утилизации тепла отходящих газов.

Рис. Оребрённый пластинчатый рекуператор

Оребрённые пластинчатые рекуператоры тепла обладают следующими преимуществами по сравнению с аналогичными роторными и традиционными пластинчатыми рекуператорами:

· Большие предельные рабочие температуры (до 1250 С);

· Меньшие габариты и масса;

· Меньшая стоимость;

· Меньшие сроки окупаемости;

· Низкие сопротивления по газо-воздушным трактам;

· Меньшая склонность к зашлаковыванию и простота очистки каналов от шлака;

· Большой сроком службы;

· Большой периодом между ремонтом и профилактическим обслуживанием;

· Меньшая массогабаритная характеристика удешевляет монтаж и транспортировку рекуператоров;

· Высокая термопластичность (т.е. снижение термических напряжений, коробления и разрушения за счет низких градиентов температурных полей).

6 Основные зависимости для расчета коэффициента теплоотдачи

Коэффициент теплопередачи является количественной расчет ной величиной и зависит от коэффициентов теплоотдачи, термического сопротивления стенки и загрязнений.

Для плоской стенки

, (9.28)

где – коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя, Вт/(м град); – толщина теплопередающей стенки аппарата, м; - коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м град); - коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю, Вт/(м град); – термическое сопротивление загрязнения стенки, м² град/Вт.

Ориентировочные значения R приведены в [19]. Если в трубах отношение наружного диаметра к внутреннему , то для вычисления К можно пользоваться формулой (9.28).

Если теплопроводность слоя загрязнения неизвестна, подсчитывают К для чистой стенки, а влияние загрязнения стенки учитывают при помощи коэффициента использования поверхности теплообмена j

, (9.29)

Для большинства аппаратов j = 0,65 - 0,85. Если из рабочих сред, участвующих в теплообмене, активно выпадают осадки, то j = 0,4 - 0,5.

Коэффициенты теплоотдачи a определяются в основном из формул

или

откуда

или (9.30)

где Nu – безразмерный критерий подобия Нуссельта; l – коэффициент теплопроводности теплоносителя (для которого определяется коэффициент теплоотдачи), Вт/(м град); l – определяющий геометрический размер, м; – эквивалентный диаметр, м.

(9.31)

где F – площадь поперечного сечения потока, м²; П – смоченный периметр, м

7 Безразмерные параметры, используемые при расчете теплообменников

Для устойчивого турбулентного режима движения жидкостей внутри труб (Re > 10000) рекомендуется следующее критериальное уравнение:

, (9.32)

где – критерий Рейнольдса (критерий режима движения, определяет соотношение сил инерции к силам молекулярной вязкости); – критерий Прандтля (критерий температурных и скоростных полей, зависит от свойств веществ); - средняя скорость теплоносителя, м/с; l – определяющий геометрический размер, м; r – плотность теплоносителя, кг/м; m – вязкость теплоносителя, Н с/м²; – массовая скорость теплоносителя, кг/(м₂ с); – эквивалентный диаметр, м; c – удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг град); l – теплопроводность теплоносителя, Вт/(м град).

Если движение в трубе (канале) носит характер переходного режима, т.е. Re = 2300 - 10000, то критерий Нуссельта

, (9.33)

Для ламинарного движения (Re < 2300)

, (9.34)

где a – множитель (коэффициент температуропроводности) (для горизонтальных труб d = 0,74; для вертикальных труб a= 0,85), – критерий Грасгофа (Gr=G*a*в*дельта t- характеризует меру отношения сил молекулярного трения и подъемной силы обусловленной различием плотностей в различных точках неизотермического потока); g = 9,81 ускорение свободного падения, м/с²; r – плотность теплоносителя, кг/м; b – коэффициент объемного расширения теплоносителя, град^–1; – частный температурный напор, град. G-расход, в-степень сжатия (число термогравитационной конвекции)

Число Релея: Ra=Gr*Pr=(g*в*l^3*дельта t)/(v*a)- характеризует меру интенсивности возмущения температурного и скоростных полей, связаны с влиянием гравитационных сил

Число Фруда: Fr=(w*r)/(g*l) – характеризует меру отношения сил инерции и тяжести в однородном потоке (критерий гравитационного подобия)

Число Фурье: Fo=(a*t)/(l^2) – характеризует сходственные временные моменты, отсчитываемые собственным масштабом времени (критерий тепловой гомохромности)

8 Принципиальная схема кожухо-трубчатого теплообменника

Простейший пример теплообменников — это кожухотрубные рекуператоры. Принцип их действия представлен на рисунке.

рис. Кожухотрубный рекуператор

К недостаткам кожухотрубных рекуператоров можно отнести их вес, габариты и трудоёмкость обслуживания

Дата добавления: 2015-11-04