Тепловой расчет теплообменных аппаратов

Типы теплообменных аппаратов. Расчетные уравнения рекуперативных аппаратов. Конструкторский и поверочный расчеты теплообменных аппаратов. Массообмен.

По теме предусмотрена одна лабораторная работа и задачи контрольной работы. После изучения теоретического материала следует ответить на вопросы для самопроверки. Более подробная информация по теме - в источниках [1], [3].

Типы теплообменных аппаратов

В теплообменных аппаратах осуществляется передача теплоты от одного теплоносителя к другому в процессе теплопередачи. Теплообменный аппарат (теплообменник) - это устройство, предназначенное для нагревания или охлаждения теплоносителя (жидкости, газа, пара и др.). Исключение составляют теплообменники с внутренним тепловыделением, в которых теплота выделяется в самом аппарате и используется для нагревания теплоносителя (электронагреватели и реакторы). Существует три типа теплообменных устройств: рекуператоры, регенераторы, смесительные аппараты.

1) В рекуператорах греющая и нагреваемые среды (теплоносители) разделены теплообменной поверхностью (стенкой). Эта стенка по отношению к греющей среде является поверхностью охлаждения, а по отношению к нагреваемой среде - поверхностью нагрева. Для уменьшения термического сопротивления стенка выполняется из высокотеплопроводного материала: меди, латуни, сплавов алюминия и др. Наиболее распространены трубчатые теплообменники, в которых один теплоноситель движется в трубах, а другой - в межтрубном пространстве. Примером рекуперативных аппаратов являются котельные установки, парогенераторы, подогреватели, конденсаторы и др.

В зависимости от взаимного направления потоков горячего и холодного теплоносителей в рекуперативных аппаратах различают три основных схемы движения жидкости: прямоток, противоток и перекрестный ток. В первом случае оба теплоносителя движутся параллельно в одном направлении, во втором - параллельно, но в противоположных направлениях. При перекрестном токе один теплоноситель движется в направлении, перпендикулярном другому. Используются также схемы, являющиеся различными комбинациями прямотока, противотока и перекрестного тока.

• 2) В регенераторах поверхность теплообмена попеременно омывается обоими теплоносителями. Теплота в цикле нагревания аккумулируется в массе регенератора (насадке) за счет теплоотдачи горячего теплоносителя. В последующем цикле охлаждения насадки теплота отдается холодному теплоносителю. Регенераторы могут быть неподвижными и подвижными. В качестве насадки регенераторов используется твердый достаточно массивный материал - металл, щебень, кирпичи. Регенераторы широко используются для вы- сокотемперату-рного подогрева газов. Насадка огнеупорных кирпичей может работать при очень высоких температурах. Примером таких аппаратов являются регенераторы доменных и сталеплавильных печей, воздухонагреватели доменных печей и др.
• 3) В смесительных аппаратах горячий и холодный теплоносители вступают в непосредственный контакт. Так происходит, например, при конденсации пара на струях жидкости или при барботаже (продувке пара через некоторый объем воды) для поддержания заданных температур в системе горячего водоснабжения. В системах отопления смешивают воду, идущую из котельной или ТЭЦ с температурой до 150°С с водой, возвращающейся от потребителя, температура которой ниже 70°С. Смесительные теплообменники используются также для передачи теплоты в легко разделяющихся теплоносителях: газ-жидкость, газдисперсный твердый материал, вода-масло и др. Для увеличения поверхности контакта теплоносителей их тщательно перемешивают, жидкости разбрызгивают или разбивают на мелкие струи. Примером таких аппаратов являются градирни, скрубберы, деаэраторы и др.