6.4 Теплообменные аппараты
Теплообменными аппаратам (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от греющего теплоносителя (с более высокой температурой) к нагреваемому теплоносителю (с низкой температурой).
В качестве теплоносителей в теплообменниках используют водяной пар, горячую воду, воздух, дымовые газы и другие тела.
Классификация: по принципу взаимодействия сред аппараты разделяются на поверхностные и аппараты смешения.
В аппаратах смешения происходит непосредственное перемешивание нагретого и холодного теплоносителей. При этом невозможно определить площадь поверхности теплообмена. Примерами могут служить смесительный конденсатор.
В поверхностных аппаратах перенос теплоты происходит через поверхность раздела сред, которая может быть выполнена из инородного материала. Поверхностные аппараты подразделяются на рекуперативные, контактные и регенеративные.
В контактных аппаратах теплота переносится от одной среды к другой при непосредственном взаимодействии (оросительные камеры, градирни).
В рекуперативных теплообменниках передача теплоты происходит от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку. Примерами могут служить парогенератор, конденсатор турбины, бойлер.
В регенеративных теплообменниках одна и та же поверхность тела попеременно омывается то горячим, то холодным теплоносителем. Обычно внутри этих аппаратов помещают насадку, которая может служить аккумулятором теплоты. Поверхностью теплообмена служит именно поверхность этой насадки.
Рассмотрим принцип
расчета рекуперативных теплообменников
наиболее широко применяющихся в
технологических аппаратах. При тепловых
расчетах теплообменных аппаратов
определяют либо поверхность (F,
м2)
теплообмена, либо мощность теплового
потока (Q,
Вт) и температуру нагреваемого
теплоносителя (
)
на выходе.
Для решения этих задач используют уравнения теплового баланса и теплопередачи.
Уравнение
теплопередачи: Q=КF
ср
(6.15)
уравнение теплового баланса с однофазными тепло- и хладоносителями: Q- Q окр= Glcp1(t/1 – t//1) = G2cp2(t//2 – t/2) (6.16)
где Q - количество тепла отданное горячим и принятое холодным теплоносителем, Вт; К - средний для всей поверхности теплообменника коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К); - средний температурный напор между теплоносителями в теплообменнике, К; F - площадь теплопередающей поверхности теплообменника, м2; Вт; Qокр -потери тепла в окружающую среду, Вт; t/1, t//1 и t/2, t//2 - температура горячего и холодного теплоносителя на входе и выходе из теплообменника.
Величина Gcp = W называется водяным эквивалентом. При Q=0
(t/1 – t//1)/ (t//2 – t/2) = W2 /W1
Чем больше водяной эквивалент, тем меньше изменяется температура теплоносителя при прохождении через теплообменник.
Пар – пар: Q=G1(h/1 – h//1)=G2(h//2 – h/2)
где h/1 , h//1 - энтальпия горячего теплоносителя на входе и выходе из теплообменника; h//2 ,h/2 - энтальпия холодного теплоносителя на входе и выходе из теплообменника.
Характер изменения температурного напора зависит не только от тепловых сред, но и от схемы их движения.
В зависимости от направления движения теплоносителей относительно друг друга бывают прямоточные (а), противоточные (б), перекрестного тока (в) и смешанного типа (г).
