6.7. Теплообменные аппараты

С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ КОНТАКТОМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ

В теплообменниках обычного типа с двумя потоками теплоносителя, разделенными твердой стенкой, предотвращающей их смешение, во время эксплуатации часто образуется накипь. В теплообменных аппа­

137

ратах с непосредственным контактом теплоносителей отсутствует теп-лопередающая поверхность и обе несмешивающиеся жидкости при­ходят в непосредственное соприкосновение; тем самым исключается термическое сопротивление, вносимое разделяющей стенкой. Если жидкая среда хорошо испаряется, то прн распылении достигается тес­ный контакт ее с другой жидкостью и очень высокая интенсивность теплопередачи. Охлаждающая колонна является именно таким уст­ройством, в котором два потока жидкости обмениваются теплом по схеме противотока. Подробно этот тип теплообменного аппарата опи­сан в работах [6.21, 6.22].

Термин охлаждающая колонна обычно используют при описании процесса охлаждения воздушным потоком водяного конденсата паро-производящей установки. При смешении двух потоков часть воды испа­ряется, и в результате большое количество скрытой теплоты парообра­зования усваивается воздухом. Этот процесс носит постоянный харак­тер. При этом одновременно с теплообменом происходит массообмен.

6.8. Тепловые трубы

Тепловая труба представляет собой разновидность теплообменного ап­парата, передающего тепло на значительное расстояние под воздейст­вием относительно небольшой разности температуры. Она представ­ляет собой полую трубку с запаянными торцами. Трубка частично заполнена жидкостью, которая испаряется при достижении определен­ной температуры. При кипении жидкость у горячего торца трубы ис­паряется, в результате создается область повышенного давления. Под действием этого давления испарившаяся жидкость движется к холод­ному торцу, где и конденсируется, отдавая именно то определенное ко­личество тепла (при условии отсутствия потерь тепла на пути движе­ния), которое она запасла при кипении. Конденсат затем стекает по стенкам капилляра обратно в испарительную зону. Благодаря высоко­му значению скрытой теплоты парообразования (и конденсации) при капиллярном действии «фитиля» большое количество тепла может не­прерывно переноситься от одного торца трубы к другому без участия механического насоса. Если предположить, что фитиль состоит из ма­териала с круглыми капиллярами радиусом г, интенсивность тепло­обмена с единицы площади между двумя торцами трубы можно полу­чить из выражения

8к

— (С05 ф + С05 ф )--С05 (3

г у

Вт/м², (6.10)

а также

Вт/м²,

2у

где N = (уг^_е р/и)—коэффициент переноса жидкости, Вт/м²; <7_81МаКс— максимальная плотность теплового потока, Вт/м²; г — радиус трубки, м; г_ия — удельная скрытая теплота парообразования или конден­сации, Дж/кг; у — поверхностное натяжение на границе раздела фаз, Н/м; р — плотность жидкости, кг/м³; \х — динамическая вязкость жид­кости, Н-с/м²; 5 — площадь поперечного сечения фитиля, м²; к —

138

коэффициент проницаемости фитиля; = 9,81 — ускорение силы тя­жести, м/с²; Ь — эффективная длина трубы, м; (р_е— угол смачивае­мости капилляра парообразующего торца; ср_с—угол смачиваемости капилляра конденсирующего торца; р — угол ориентации трубы от­носительно гравитационного вектора (положителен, когда парообра­зующий торец размещен выше, чем конденсирующий).

Для положительного теплового баланса .выражение (соз (р_е — — со5(р_с) должно быть величиной положительной.

Высокий удельный тепловой поток обеспечивается жидкостью, обладающей большим коэффициентом переноса. Поэтому при расчете и конструировании тепловой трубы большое значение имеет выбор оп­тимального типа жидкости и материала капилляров. Можно исполь­зовать такие жидкости, ка-к спирт, аммиак, азот, вода и жидкие ме­таллы, а для изготовления капилляров можно применять широкий круг материалов, вплоть до ткани.