6.5. Теплообменные аппараты с косвенной теплопередачей

В этом типе теплообменных аппаратов жидкая среда обычно циркули­рует через два независимых теплообменника с непосредственным теп­лообменом, один из которых отдает тепло этому потоку теплоносителя, а другой отбирает тепло от этого же потока. Такую систему можно реа­лизовать относительно просто, например, в охлаждающей системе ав­томобильного двигателя. Теория двухжидкостного теплообменного аппарата с косвенной теплопередачей была разработана Кэйсом и Лондоном [6.2]. Данные по эффективности теплопередачи для тепло­обменников данного типа приведены в табл. 6.5.

134

Таблица 6.5 Эффективность теплопередачи двухжндкостных теплообменных аппаратов с косвенным теплообменом

Смешанная жидкость

Об о з н а ч е н н я:

/ — температура, °С; 0.т^ср) — водяной эквивалент теплоносителя, Вт/°С;

Р = ОЗтпСрЭпром/СЗт ^ср)манс — промежуточное отношение водяных эквивалентов;

^Рх/ж = (атСрУФтСр)*'*

К — (Фт.^ср)мии/(Фт.^ср)манс — минимальное отношение водяных экви­валентов теплоносителей;

Яг/ж = 02т ^ср)г/(<2т Ср)_к; €_г = ((г, вх — 'г, вых)/Сг, вх — 1ж, г)', 6х ⁼ Сх, вых — ^х, вх)/Сж, 1 — ^х, вх)-

М« п. п.

Пределы изменения отношения водяных эквивалентов тепло­носителей 1>Я>Л

Коэффициент термической эффективности ^

1>^*/ж>Я

х/ж^^Лг/ж

'^•^"г/ж^^х/ж

'>^х/г>Я_ж/_г

_е +«г/ж\р;

х/ж

г/ж

^ж/х\6х 6г

^ж/г 6г

'г, вх—⁽г| вых

^х, вых ^х. вх 'г, вх ^х, вых

(ж, 1 — (ж, г 'г, вх ^х, вых

'г, вх 'х, вых

135

Продолжение табл. 6.5

№ п. п.

Пределы изменения отношения водяных эквивалентов тепло­носителя 1>Я>Л

Коэффициент термической эффективности

'>^Рж/х>Яг/х

'>^ж/г>^х/г

1 = Я_Х/ГЖ.

'ж/г

'^•^"г/ж— ^х/ж

1 , ^г/х ( \

г- +7г"

ж/х

_ ^г, вх ^г, вых

^г, вх—^х, вых

__вых ^гх, вх

'г, вх ^х, вых

'>и, 1 — 'ж, 2

г, вх 'х, вых

^гх, вых ^х, вх 'г, вх ^х, вых

^г. их ^1

г, вх 'г. вых

бх ⁺е_г

х> вых 'x, вх

| 'г, вх ^х, вых

^г, вх — ^г, вых

г, вх ^х, вых

По известным значениям б при незначительных потерях тепла полное ко­личество переданного тепла можно определить с помощью выражения <2 = 6 (<2_тс р)мин Сг, вх— *х, вх) Вт.

6.6. Теплообменные аппараты периодического действия

К этому типу теплообменных аппаратов относится регенератор. Он имеет насадку из пористого материала, через которую попеременно про­текают потоки холодной и горячей жидкости. При этом тепло, запасае­мое в насадке от горячего теплоносителя, за короткий период времени передается холодной жидкости при ее проходе через насадку. В таком аккумулирующего типа теплообменнике передача тепла между матрицей и жидкостями происходит в условиях переходного режима. Для осуществления непрерывного процесса необходимо иметь два реге­нератора, оснащенных клапанами, которые обеспечивают циркуляцию холодного и горячего теплоносителей между ними через определенные интервалы времени. Используется также конструкция теплообменника с вращающейся насадкой, выполненной в форме цилиндра. В процес­се теплопередачи каждый элемент ротора периодически контактирует с горячим и холодным потоками жидкости, что обеспечивает непрерыв­ность теплообмена.

136

Проведение точного анализа конструкции и параметров регенера­торов представляет чрезвычайно трудную задачу, поэтому вводят ряд упрощающих предположений. Тепловой поток от горячего теплоноси­теля к холодному в условиях противотока можно определить с помощью следующего выражения:

0_ = КРА(_1т=~-_;-, ™^1п , _ч »-;- Вт, (6.9)

6\

(*г + Тх)

где М_1т = ^(1г' ^вх~^/х'.^Б.^ых*~ ⁽'.^г' ^вых. ^вх)— среднелогарифмическая раз-

. I »г> вх—" 'х> вых |

^1п и-~1—1

⁴⁴г, вых— »х. вх'

ность температуры, ° С; а_г, а_х — коэффициенты теплоотдачи между жидкостью и стенкой в процессе нагрева и охлаждения соответственно, Вт/(м²-°С); т_г, т_х — продолжительность периодов нагрева и охлажде­ния соответственно, с; Р — полная площадь поверхности тела, омы­ваемой жидкостью, м²; X— коэффициент теплопроводности материала насадки, Вт/(м-°С); б_эКВ — эквивалентная толщина стенки, м.

К регенераторам может быть применен е —Л/Г/С-метод, если взять за основу следующие определения из работы [6.2]:

для отношения водяных эквивалентов теплоносителей

^ ⁼ (0.т^ср)мпн/(0.т^ср)макс',

для числа единиц переноса тепла

ИТ К =-!-Г-¹--1;

(<2тС_Р)_ми„ [ 1/(аР)_г+1/(аР)х 1

для коэффициента термической эффективности

^ _ (Фт ^ср)г Ог.вх— ^г.вых) иди (Фт ^ср)х Ох.вых" ^х.вх) 02т ^ср)мин Ог.вх 'х.вх) 02т ^ср)мин Ог, вх ^х,вх)

Для регенераторов с вращающейся насадкой

Г 1-ехр[-^(1-/г)1) ц__!___1 р<₀9

11-Яехр[—ЛТК(1—/?)]П 9[(<2_тср)_г/(<2_тср)_мнн]1,9з / ■ ^с *'

где (<З_тс_р)_г = (0._тс_р)

насадки! умноженному на число оборотов в се-

кунду.

Соотношения е = Л^ТТС в графической форме приведены в работе [6.2]. Основными преимуществами регенератора являются его высокие параметры. Это обстоятельство позволяет успешно использовать теп­лообменники данного типа в качестве газогенераторов для нагрева и конверсии жидкости.