ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Широкое распространение теплообменных аппаратов обусловило многообразие их конструктивного оформления. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ По принципу действия теплообменники подразделяют на три вида: рекуперативные, регенеративные и смесительные.
В рекуперативных теплообменниках теплоносители омывают стенку с двух сторон и обмениваются при этом теплотой. Процесс теплообмена протекает непрерывно и имеет обычно стационарный характер. На рис.16.1 показан пример рекуперативного теплообменника, в котором один из теплоносителей протекает внутри труб, а второй омывает их наружные поверхности. Стенка, которая омывается с обеих сторон теплоносителями, называется рабочей поверхностью теплообменника. Рекуперативные теплообменники подразделяются в зависимости от направления движения теплоносителей. Если теплоносители движутся параллельно в одинаковом направлении, теплообменник называют прямоточным (рис.16.2, а), при противоположном направлении движения — противоточным (рис.16.2, б). В теплообменнике с перекрестным током теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях, при этом возможен однократный (рис.16.2, в) и многократный (рис. 6.2, г) перекрестный ток. Встречаются и более сложные схемы движения теплоносителей (рис.16.2, д, е). Конструктивно рекуперативные теплообменники могут выполняться с трубчатыми и пластинчатыми рабочими поверхностями. Пример трубчатого теплообменника показан на рис.16.1. В пластинчатом теплообменнике рабочая поверхность образована набором параллельных плоских пластин. Каналы между пластинами объединены через один общими коллекторами и образуют, таким образом, полости для каждого из теплоносителей. К рекуперативным 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.
Другая разновидность теплообменника с промежуточным теплоносителем — теплообменник на тепловых трубах, одна из возможных схем которого показана на рис.16.3.Через перегородку 1, разделяющую холодную и горячую зоны теплообменника, проходит пучок тепловых труб 3, конденсационные участки которых образуют рабочую поверхность холодного теплоносителя, а испарительные участки — рабочую поверхность горячего теплоносителя. Соотношение этих поверхностей может быть выбрано по усмотрению конструктора. Каждая из поверхностей может иметь ребра 2 с различными для холодного и горячего тракта параметрами. Рекуперативные теплообменники, предназначенные для утилизации теплоты в газотурбинных установках, называют регенераторами; теплообменники для рассеивания теплоты горячей воды в окружающее пространство (например, в системе охлажденияавтомобильного двигателя) называют ра-диаторами. Назначением определяются также такие названия теплообменников: воздухоподогреватели, маслоохладители, пароперегреватели и т. п. В регенеративном теплообменнике одна и та же поверхность поочередно омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При соприкосновении с горячим теплоносителем стенка аккумулирует теплоту, а затем отдает ее холодному теплоносителю. Для удовлетворительной работы теплообменника его рабочие стенки должны обладать значительной теплоемкостью. Характерная особенность регенеративного теплообменника — нестационарный режим теплообмена. Чтобы процесс теплообмена протекал непрерывно при одинаковой продолжительности периода нагрева и охлаждения, такой теплооб- менник должен иметь две параллельно работающие секции. Конструктивно эти секции могут быть реализованы в виде вращающегося теплообменника или теплообменника с двумя камерами, которые поочередно подключаются то к холодному, то к горячему теплоносителю.
Вращающийся теплообменник (рис.16.4) имеет насадку 1, вращающуюся в цилиндрическом корпусе 3, который с помощью уплотнений 2 разделен на две камеры для прохода горячего и холодного теплоносителя. Насадка (металлическая или керамическая) поочередно проходит горячий и холодный тракты и переносит теплоту от горячего теплоносителя к холодному. Вращающийся теплообменник отличается высокой компактностью. В смесительных теплообменниках процесс теплообмена сопровождается перемешиванием теплоносителей, т.е. они непосредственно соприкасаются друг с другом. Поэтому смесительные теплообменники называются также контактными. Процесс теплообмена в таком аппарате имеет стационарный характер и сопровождается испарением жидкости. Смесительный теплообменник целесообразно использовать для таких теплоносителей, которые легко разделить после теплообменного аппарата, например, такой парой является вода и воздух. Характерной особенностью смесительного теплообменника является его простота. Из трех рассмотренных выше видов теплообменников наиболее широкое и разностороннее применение находят рекуперативные теплообменники. Поэтому в остальных параграфах этой главы рассматривается расчет и выбор параметров только для рекуперативных теплообменников без промежуточного теплоносителя.
|
