Лекция 25. Теплообменные аппараты

Разделение общего процесса теплообмена в зависимости от его механизма на три способа удобно чисто методологически и упрощает расчеты. Не следует забывать, что все три способа теплообмена участвуют в передаче тепловой энергии, как правило, одновременно. Это имеет место, например, в таком виде теплообмена как теплопередача.

Рассмотрим, в качестве примера горение топлива в камере сгорания воздушно-реактивного двигателя. При этом от газа, имеющего очень высокую температуру, к стенкам двигателя передается лучистый тепловой поток. Одновременно теплота к стенке передается и путем конвекции, т. е.

Здесь

или

(13.25)

Обозначив первый член в фигурных скобках выражения через α_к — коэффициент теплоотдачи конвекцией, а второй член через α_л — коэффициент теплопередачи излучением, получим окончательно

(13.26)

В выражении (13.26) при условии, если

то можно считать, что

Здесь . При этом ошибка в расчетах не превышает 1%.

Лекция 25. Теплообменные аппараты.

25.1. Общие сведения о теплообменных аппаратах иих классификация

Теплообменный аппарат (или теплообменник) — это устройство, в котором осуществляется передача теплоты от одной среды к другой. Среда, с помощью которой переносится тепловая энергия, называется теплоносителем.

В дальнейшем мы остановимся на теплообменниках с двумя теплоносителями. В результате теплообмена в таком теплообменнике будет происходить нагрев одного теплоносителя, как правило, за счет охлаждения другого. Исключением являются теплообменники с фазовым превращением (при постоянной температуре) одного из теплоносителей. В качестве примера последнего назовем испаритель холодильной машины.

По принципу действия рассматриваемые теплообменники разделяются на: рекуперативные, регенеративные, смесительные теплообменники, а также тепловые трубы.

На рис. 14.1 показан простейший рекуперативный теплообменник. Если по внутренней трубе протекает горячий теплоноситель, а по внешней трубе холодный, то за счет теплопередачи через стенку один из них будет охлаждаться, а другой — нагреваться.

В зависимости от направления движения теплоносителей относительно друг друга, рекуперативные теплообменники разделяются на прямоточные, противоточные и перекрестные.

Рис. 14.1. Теплообменник типа «труба в трубе»

Как видно из рис. 14.2, а, б, направление движения теплоносителей оказывает влияние на распределение температуры по длине теплообменника.

Рис. 14.2. Распределение температур по длине теплообменного аппарата при: а) противотоке в) прямотоке

На рис. 14.3 показан регенеративный теплообменник. Принцип его действия заключается в попеременном нагреве и охлаждении промежуточного теплоносителя, в качестве которого может быть использована различная засыпка (например, битый кирпич). При положении заслонок, показанных на рисунке, происходит нагрев засыпки. Горячий газ при этом охлаждается. При последующем перекрытии заслонок засыпка будет отдавать теплоту обдуваемому ее более холодному газу.

Рис. 14.3. Регенеративный теплообменный аппарат

Такие теплообменники широко используются в доменном и мартеновском производстве. Они незаменимы при высокотемпературном (свыше 1000°С) нагреве газов.

В смесительных теплообменниках происходит непосредственное смешение обоих теплоносителей. Так, в системах отопления жилых помещений используют теплоноситель (воду) с температурой порядка 95 ^оС. Этот теплоноситель получают за счет смешения оборотной воды (уже прошедшей через систему отопления) с температурой 20—70 ^оС и воды, идущей из котельной (или ТЭЦ) с температурой порядка 150 ^оС.

В последнее время большое внимание уделяется тепловым трубам. Принцип работы тепловой трубы заключается в следующем (рис. 14.4). В зоне отвода теплоты располагается нижний конец трубы. Здесь происходит кипение теплоносителя (например, фреона). Пары теплоносителя поднимаются в верхнюю часть трубы, где они отдают потребителю тепловую энергию, затем конденсируются, и процесс повторяется.

Рис. 14.4. Теплообменный аппарат типа «тепловая труба»

Такой вариант трубы может быть использован, например, для более глубокой заморозки грунта в зимнее время.

На рис. 14.4 показана тепловая труба с самотечным движением конденсата. Кроме того, для движения конденсата могут использоваться специальные фитили, движение жидкости в которых обусловлено капиллярными силами. В этом случае тепловая труба может располагаться и горизонтально (см. рис. 14.5).

Основные преимущества тепловых труб следующие; малые габариты, работа в широком диапазоне температур (при соответствующем выборе теплоносителя) и, главное, отсутствие каких-либо дополнительных источников энергии для перемещения теплоносителя.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 754; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!