Теплообменные аппараты
Теплообменники – устройства для передачи тепла от одной среды к другой. По принципу действия условно подразделяются на рекуперативные, регенеративные и смесительные. В рекуперативных, наиболее распространенных,тепло передается через разделяющую среды твердую стенку; в регенеративных – за счет периодического аккумулирования и отдачи тепла каким-то промежуточным теплоносителем, обычно твердым телом; смесительные теплообменники –вряд ли нуждаются в объяснениях (это, например, бытовой кран горячей и холодной воды, где не требуется площадь теплообмена).
В рекуперативном теплообменнике при входе в него температура греющей среды t1/уменьшается по пути следования и на выходе из него падает до t1//, а нагреваемой среды - растет с t2/до t2 //. Или, наоборот, как это представлено на рисунке справа .
Рекуперативные теплообменники делятся на прямоточные, противоточные (простейшие - типа труба в трубе), перекрестного хода, более сложные со смешанными токами теплоносителей.
В любом случае, уравнения теплопередачи и тепловых балансов сохраняют свои силы ( для уравнений тепловых балансов - произведение расходных масс на температуры постоянно)
Q=k∆tсрА, …(54)
Q=-G1∆i1=G2∆i2 , …(55)
где Q – количество передаваемого тепла; G – расходы теплоносителей; ∆i – изменения их энтальпии , т. е. произведения теплоемкостей на температуры; k – cредний по пути следования коэффициент теплопередачи; A – расчетная поверхность теплообмена; ∆tср - среднийтемпературный напор ( средняя разность температур между теплоносителями).
При прямотоке и противотоке, опуская промежуточные известные в популярных учебных изданиях выкладки
∆tср = (∆tб - ∆tм) /ln(∆tб /∆м) , …(56)
где ∆б - разность температур теплоносителей на том конце поверхности теплообмена , где она больше; ∆м – на другом конце поверхности теплообмена. При других схемах движения теплоносителей это уточняется поправочными коэффициентами, что здесь из-за ограниченного объема изложения не может быть рассмотрено, но это есть в специальной литературе.
Коэффициент теплопередачи k находится по обычным формулам для плоских поверхностей или круглых труб (шаров, если надо) , но еще и с учетом Rзаг–термических сопротивлений от загрязнений с обеих сторон стенки ( накипь, сажа и пр.).
Тепловые расчеты есть проектные(конструктивные), гл. обр. для определения площади поверхности теплообмена. И поверочные (проверочные) –для определения количества переданного тепла и температур теплоносителей, т. е. когда теплообменник уже существует.
Расчет любых теплообменников должен включать в себя и гидромеханический расчет, т. е. расчет энергии на движение теплоносителей через аппарат. Мощность на валу насоса или вентилятора
N = G∆p/ρη , Вт …( 57)
где G – массовый расход (кг/сек);
∆p – полное сопротивление трения по пути движения жидкости и местные сопротивления, мешающие её продвижению (н/м2);
ρ – плотность жидкости или газа ( кг/м3) ;
η – к. п. д. насоса или вентилятора .
При выборе форм и размеров поверхности нагрева не следует забывать о расходе энергии на движение теплоносителей. В этом плане целесообразен технико – экономический расчет.