Особенности теплообменника в криогенных системах

Схемы криогенных циклов построены на принципах регенерации теплоты и обязательно включают один или несколько теплообменных аппаратов. В криогенных теплообменниках необходимо обеспечивать малую разность температур потоков, что может быть достигнуто только при высокой интенсивности теплообмена. Криогенные системы работают при температурах гораздо более низких, чем температура окружающей среды, поэтому требуется применение специальной теплоизоляции с малой теплопроводностью.

К другим особенностям теплообмена, характерных для криогенных систем, относятся: перенос теплоты через «тепловые мосты», а также нестационарные процессы теплообмена в регенераторах с переключающимися потоками.

Особенность теплообменных процессов при криогенных температурах состоит в значительном изменении теплофизических свойств криоагентов и конструкционных материалов криогенных установок. Для криогенных систем типична ситуация, когда состояние рабочего вещества близко к критическому. При этом изменение физических свойств становится особенно значительным. Даже небольшие колебания температуры могут приводить к изменению теплофизических и термодинамических свойств в несколько раз. Это существенно усложняет методы расчета процессов теплообмена.

В криогенных системах имеют место фазовые превращения многокомпонентных смесей. Особенности теплообмена при фазовых переходах многокомпонентных смесей часто используются при расчетах криогенных теплообменных аппаратов.

Несмотря на указанные особенности, расчеты процессов теплообмена основываются на классической теории теплообмена. Результатом расчета процессов теплообмена в криогенных системах является решение дифференциального уравнения теплопроводности для различных граничных условий.

Дифференциальное уравнение теплопроводности имеет общий вид:

. (117)

Уравнение (117) описывает процессы теплопереноса в любых системах, исключением являются жидкий гелий, свойства которого описываются на основе квантовой теории.

Дата добавления: 2015-07-24