Классификация теплообменных аппаратов

Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому с целью осуществления различных тепловых процессов (нагревания, кипения, конденсации и т.д.).

Теплоноситель, имеющий более высокую температуру, называется первичным (горячим), а обладающий более низкой температурой и воспринимающий тепло – вторичным (холодным).

Все теплообменные аппараты по способу передачи теплоты могут быть разделены на две большие группы: поверхностные и контактные.

В контактных теплообменных аппаратах передача теплоты происходит при непосредственном контакте двух теплоносителей: горячего и холодного. При этом теплообмен может сопровождаться массообменом. Контактные теплообменники подразделяются на смесительные и барботажные.

В аппаратах смесительного типа нагретые и менее нагретые теплоносители перемешиваются и образуют растворы или смеси.

В аппаратах барботажного типа более нагретый теплоноситель прокачивается через массу менее нагретого, или наоборот, при этом теплоносители не смешиваются.

В поверхностных теплообменниках оба теплоносителя отделены один от другого твердой стенкой или поочередно контактируют с одной и той же стенкой, которая участвует в процессе теплообмена и образует так называемую поверхность теплообмена.

Поверхностные теплообменники разделяются на рекуперативные и регенеративные.

В рекуперативных аппаратах процессы теплообмена обычно стационарные: одна сторона поверхности теплообмена все время омывается горячим теплоносителем, а другая сторона – холодным. Тепло от одного теплоносителя к другому передается через разделяющую их стенку из теплопроводного материала. Направление теплового потока в стенке остается неизменным.

В регенеративных аппаратах одна и та же поверхность теплообмена попеременно омывается то одним, то другим теплоносителем. При контакте с первичным теплоносителем в стенках аккумулируется тепло, которое в период охлаждения отдается вторичному теплоносителю. Направление теплового потока в стенках периодически меняется.

Наибольшее распространение в авиации и других областях техники получили рекуперативные теплообменники. Они могут быть классифицированы по следующим признакам:

1) по роду теплоносителей в зависимости от их агрегатного состояния (рис.5.1);

2) по конфигурации поверхности теплообмена: трубчатые аппараты с прямыми трубками, с U-образным трубным пучком, пластинчатые, змеевиковые, ребристые;

3) по компоновке поверхности нагрева: тип «труба в трубе»; кожухо-трубчатые аппараты; оросительные аппараты (не имеющие ограничивающего корпуса).

Рис. 5.1. Классификация ТА по агрегатному состоянию теплоносителей

Все теплообменные аппараты поверхностного типа можно классифицировать по виду взаимного направления потоков теплоносителей:

1) прямоточные (прямотоки), когда оба теплоносителя движутся параллельно в одном направлении (рис. 5.2,а);

2) противоточные (противоток), когда оба теплоносителя движутся в противоположных направлениях (рис. 5.2,б);

3) с перекрестным током – теплоносители движутся во взаимно-перпендикулярных направлениях. Перекрестный ток может быть однократным (рис. 5.2, в) и многократным (рис. 5.2, д);

4) с более сложными схемами различного сочетания прямотока, противотока и перекрестного тока (рис. 5.2, е, ж).

Рис. 5.2. Схемы тока теплоносителей:

а – прямоток; б – противоток; в – перекрестный ток; г – смешанный ток; д – многократный перекрестный ток; e, ж – сложные схемы

К рекуперативным теплообменникам можно отнести также теплообменники с промежуточным теплоносителем. В теплообменниках с принудительной циркуляцией промежуточного теплоносителя имеется замкнутый контур, через который насосом прокачивается жидкость. Часть этого контура расположена в зоне горячего теплоносителя, часть – в зоне холодного. Эти зоны могут находиться на некотором расстоянии одна от другой.

Разновидностью теплообменника с промежуточным теплоносителем является теплообменник на тепловых трубах, представляющий собой пучок тепловых труб, разделенных герметичной перегородкой на горячую и холодную зоны теплообменника (рис. 5.3). В отличие от обычного теплообменника, промежуточный теплоноситель в нем изменяет фазовое состояние (процессы испарения и конденсации). Роль насоса здесь выполняет капиллярная структура, либо силы гравитации.

Рис. 5.3. Тепловая труба: 1 - тонкостенный металлический сосуд; 2 – капиллярно-пористый материал – фитиль; 3 – внутренний объём, свободный от фитиля, является паровым каналом

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 358; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!