2. Класифікація теплообмінних апаратів.
Теплообмінними апаратами, або теплообмінниками називають пристрої для передачі теплоти від одного теплоносія до іншого. Ці апарати мають різноманітне конструктивне оформлення, яке залежить від характеру процесів, що в них відбуваються.
Відповідно до призначення теплообмінні апарати називають:
підігрівачами або охолоджувачами(холодильниками), якщо процес теплообміну не супроводжується фазовими перетвореннями в теплообмінних середовищах;
випаровувачами або конденсаторами, якщо процес теплообміну супроводжується фазовими перетвореннями в теплообмінних середовищах;
плавителями, якщо головна частина теплоти витрачається на фазові перетворення.
За способом передачі теплоти апарати поділяють на поверхневі та контактні. В поверхневих теплообмінні середовища розділені непроникною перегородкою. В контактних теплообмінні середовища можуть змішуватися. Змішувальні теплообмінники поділяють на градирні, конденсатори, барботажні.
Поверхневі апарати поділяють на рекуперативні та регенеративні. В рекуперативних апаратах процес відбору теплоти від гріючого середовища і процес віддачі теплоти до нагрівного середовища відбуваються одночасно. Поверхневі теплообмінники бувають з трубчастою поверхнею теплообміну (кожухотрубні) та плоскою поверхнею (пластинчасті). Рекуператори можуть застосовуватися як постійному так і в періодичному режимі.
В регенеративних теплообмінниках гріючий і нарівний теплоносії підводяться до теплообмінної поверхні по черзі. Таким чином, теплообмінна поверхня відіграє роль теплового акумулятора енергії. Регенеративні апарати бувають з нерухомою та рухомою насадкою. Регенератори є апаратами періодичної дії.
3. Конструктивний і повірочний розрахунок теплообмінника.
Існує два види розрахунків теплообмінних апаратів: конструктивний та повірочний. Конструктивний (проектний) розрахунок виконують для визначення конструктивних характеристик теплообмінного апарата. Повірочний розрахунок виконують для визначення кількості теплоти та температур теплоносіїв на виході з теплообмінного апарата.
В основі будь якого розрахунку теплообмінників знаходиться система рівнянь теплового балансу, Вт
(7)
Методика конструктивного розрахунку:
1. Знаючи кількість тепла Q і температури
теплоносіїв на вході (
)
та виході (
)
з теплообмінного апарата з (7) визначаємо
витрати теплоносіїв
та
,
кг/с
(8)
2. Задавши конструктивні характеристики теплообмінного апарата (наприклад розмір та кількість трубок) визначаємо швидкість руху кожного теплоносія біля теплообмінної поверхні, м/с
(9)
3. Визначаємо коефіцієнти теплообміну з боку кожного теплоносія. Наприклад, з критеріальних рівнянь, при повздовжньому омиванні трубок водою, Вт/м2ОС
, (10)
де
–
середня температура відповідного
теплоносія.
4. Знаходимо коефіцієнт теплопередачі. Для цього необхідно урахувати не тільки коефіцієнти теплообміну біля поверхонь, але й опір теплопередачі теплообмінної поверхні, Вт/м2ОС
. (11)
Зазвичай цей опір складається з опорів матеріалу стінки, шару забруднень та шару накипу. Наприклад, для водо-водяного теплообмінника гарячого водопостачання загальний опір теплопередачі трубок, м2ОС/Вт
.
5. Задавши схему підводу і відводу теплоносіїв визначаємо розрахункову різницю температур, ОС
.
6. Визначаємо необхідну площу поверхні нагріву теплообмінника.
,
де
коефіцієнт ефективного використання
площі поверхні теплобміну. Для
кожухотрубних теплообмінників
.
7. Уточнюємо конструктивні характеристики теплообмінника: кількість трубок, кількість секцій, їх приєднання (паралельне чи послідовне) та інші.