6.2.Интенсификация процессов теплопередачи.
Интенсификация теплопередачи позволяет снизить материалоемкость, а, следовательно, и стоимость теплообменных аппаратов. Ее осуществление возможно либо за счет увеличения разности температур теплоносителей, либо за счет повышения коэффициента теплопередачи. Первый метом часто не приемлем по технологическим условиям, поэтому второй метод является основным.
Коэффициент теплопередачи k всегда ниже меньшего из значений x1, d2, λ/S. Поэтому для его повышения стремятся уменьшить большее из термических сопротивлений R1, R2, R3, так как уменьшенное значение других термических сопротивлений не приведет к существенному росту k.
Его снижение при конвективном теплообмене можно обеспечить за счет увеличения скорости движения теплоносителя, повышения степени турбулентности потока, аребрение поверхности теплообмена со стороны теплоносителя с низким коэффициентом теплоотдачи Х.
Коэффициенты теплоотдачи для газов на два порядка меньше, чем для жидкостей, поэтому при теплообмене между теплоносителями «газ– жидкость» стремятся повысить интенсивность теплообмена со стороны газа к разделяющей стенке. Для этого выполняют оребрение стенки, обращенной к газовому потоку. Так сконструированы радиаторы отопления, оребрённые корпуса двигателей внутреннего сгорания и т.д.
6.3.Основы расчета теплообменных аппаратов.
Теплообменником называют аппарат, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями или между теплоносителями и твердыми телами (стенкой, посадкой).
Теплообменники можно классифицировать по принципу действия, назначению, способу организации движения теплоносителя и другими признаками.
В смесительных теплообменниках теплопередача происходит при непосредственно смещения теплоносителей. Эти аппараты просты, компактны и используются в том случае, если не требуется дальнейшего разделения теплоносителей (например, нагрев воды водяным паром или горячей водой).
В регенеративных теплообменниках горячий и холодный теплоноситель поочередно омывают одну и ту же теплообменную поверхность. В период контакта с горячим теплоносителем происходит разогрев посадки, которая затем в период контакта с холодным теплоносителем отдает ему аккумулированную теплоту.
В теплообменниках с промежуточными теплоносителем горячий теплоноситель отдает теплоту промежуточному теплоносителю, а тот в свою очередь холодному. Такой способ теплообмена применяется, когда нецелесообразную … горячий теплоноситель на большие расстояния.
В рекуперативных теплообменах передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному осуществляется через разделяющую стенку. К ним относятся теплообменники типа «труба в трубе» и кожухотрубчатые теплообменники. Изобразим простейший одноходовой кожухотрубный теплообменник.
I, II теплоносители.
1 – корпус, 2 – трубные решетки, 3 – труба, 4 – крышки.
Они устроены следующим образом: в корпус помещают пучок труб малого диаметра, конус которых закреплен в трубных решетках.
Теплообменник имеет … для входа и выхода теплоносителей, один из которых движется по межтрубному пространству, а другой по трубам.
Достоинство аппарата – компактность, технологичность в изготовлении, удобство в эксплуатации. Недостаток – трудность очистки.
Одним из основных задач расчета теплообменника является определение его коэффициента теплопередачи и других характеристик.
Тепловой поток теплопередачей определяется из выражений, соответствующих уравнениям теплопередачи и теплового баланса:
Ф = k*F*∆tср
Ф – тепловой поток теплообменника, k – коэффициент теплопередачи, F – теплопередающая поверхность, ∆tср – средний температурный напор.
Тепловой баланс теплообменника записывается следующим образом:
Ф = M1*c1*(t1’-t1’’) = M2*c2*(t2’-t2’’)
где: M1, M2 – расход греющей и нагреваеваемой среды;
c1, c2 – теплоемкость; t1’ – температура греющей среды на входе в теплообменник; t1’’ – на выходе из теплообменника; t2’ – температура нагреваемой среды на входе в теплообменник; t2’’ – на входе в теплообменника.