Глава 6

ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ 6.1. ВВЕДЕНИЕ

Теплообменник представляет собой устройство, в котором тепло пере­дается от одного теплоносителя к другому обычно путем теплопровод­ности и конвекцией. При этом конвекция играет основную роль в пере­даче тепла в теплообменных аппаратах в условиях вынужденного тур­булентного потока теплоносителя. Естественная конвекция происходит только в некоторых простых теплообменниках большей частью с га­зовым теплоносителем при очень высокой температуре. В некоторых случаях одновременно с теплопередачей наблюдается и массообмен.

Разрабатываемые и изготовляемые промышленностью теплообмен­ные аппараты в зависимости от назначения часто имеют различные наименования: паровые котлы, испарители, конденсаторы, нагревате­ли, охлаждающие устройства, парогенераторы, автомобильные радиа­торы, рекуператоры, регенераторы и т. п. Но все они в большей или меньшей степени основаны на использовании общих принципов тепло­передачи. По существу их можно разделить на четыре основных типа в зависимости от направления потока теплоносителя (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Типы теплообменников с различными схемами движения потоков

Тип теплообменника		Схема движения теплоносителя
с	непосредственной теплопереда-		Прямоток
чей			Противоток
С	косвеннон теплопередачей		Перекрестный ток
			Сочетание прямотока и противо-
			тока
С	циклической теплопередачей 1		Сложные схемы движения
С	непосредственным контактом }

Тепловую мощность теплообменника обычно определяют из урав­нения

(2= КРА(_т Вт, (6.1)

где К — полный коэффициент теплопередачи; Р — площадь поверх­ности теплообмена; А{_т — истинная разность средних значений темпе­ратуры теплоносителей.

При проектировании теплообмеиного аппарата определенного типа необходимо учитывать соотношение между первоначальной стоимо­

121

стью теплообменника и расходами на его эксплуатацию, обеспечиваю­щими требуемую мощность. Наиболее важным этапом проектирования является выбор габаритных размеров и рабочих характеристик теплооб­менника. При этом соотношение величин должно удовлетворять урав­нению (6.1), которое является определяющим критерием правильности выбора указанных параметров.

6.2. Обозначения

Р — площадь поверхности теплообмена; площадь всей

оребренной поверхности трубы, м²; В= ехр[—(ЫТК)К] — параметр; Ь — толщина ребра, м;

V? — водяной эквивалент теплоносителя (<2_т с_р), Дж/(с-°С); с_р — удельная теплоемкость при постоянном давлении,

Дж/(кг- °С); е*<

Б — гидравлический диаметр, м;

Р — поправочный коэффициент средней разности темпе­ратуры; / — коэффициент трения; и_т — массовая скорость, кг/(м²-с); ^ = 9,81—ускорение силы тяЯйсти, м/с²;

а — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²-°С); ^г1& — удельная теплота парообразования или конденса­ции, Дж/кг; к — коэффициент пропускания; ./ — высота ребра, м; Ь — эффективная длина трубы, м; т — масса, кг; ф_т — массовый расход, кг/с; Л/ = ^,уг_/йр/ц. — коэффициент переноса жидкости, Вт/м²; п — число одинаковых переносов;

Р — отношение коэффициентов оперативной производи­тельности;

ф — тепловой поток, Вт;

макс—отношение водяных эквивален­тов теплоносителей;

г — радиус капилляра фитиля, м;

5 — площадь поперечного сечения фитиля, м²;

5 — шаг оребрения, м; т — время, с;

К — полный коэффициент теплопередачи, Вт/(м²- °С); Яг — рV^/^^ — критерий Рейнольдса; Рг = цСр/К — критерий Прандтля; Ыи = а/5/А, — критерий Нуссельта;

6 — угол смачиваемости капилляра; Р — угол ориентации трубы;

у — поверхностное натяжение, Н/м;

X— коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С);

122

6 — коэффициент термической эффективности; т] — эффективность полной поверхности; т]_р — эффективность ребра; р — плотность, кг/м³; ( — температура, °С; М — разность температуры, °С; б — толщина теплопередающей поверхности, м; ^экв — эквивалентная толщина стенки матрицы регенерато­ра, м;

Ц — динамическая вязкость, Н-с/м².

Индексы:

а — отдельная единица измерения;

р — ребро;

Г — горячий;

х — холодный; вх — вход; вых — выход;

О — начальные условия; ж — жидкость; т — средний;

1т — средняя логарифмическая; мин — минимум; макс — максимум; ст — стенка.