9. Схемы рекуперативных теплообменников и графики изменения температуры теплоносителей.

Важным конструктивным элементом систем инженерных сетей и оборудования является теплообменный аппарат (теплообменник) – устройство, предназначенное для передачи теплоты от одного теплоносителя другому. В качестве теплоносителей в нем могут использоваться пар, горячая вода, дымовые газы и другие тела. По принципу действия и конструктивному оформлению теплообменники разделяются на рекуперативные, регенеративные и смесительные. В рекуперативных теплообменниках обмен теплотой между теплоносителями происходит способом теплопередачи от греющего теплоносителя к нагреваемому через разделяющую их твердую стенку. Процесс

теплообмена в них протекает при стационарном режиме. В зависимости от взаимного направления движения теплоносителей теплообменники этого типа бывают прямоточные, противоточные и перекрестные

Рекуперати́вный противото́чный теплообме́нник (или противопото́чный) — теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся навстречу друг другу по каналам, расположенным параллельно. При взаимодействии теплоносителей происходит теплообмен, в ходе которого охлаждающая среда нагревается до температуры нагревающей среды, а последняя охлаждается до температуры охлаждающей среды.

Схема, поясняющая работу противоточного теплообменника. Холодное тело подаётся слева при температуре Т1. Горячее — справа при температуре Т8. Температуры Т2…Т6 везде попарно меньше температур Т13…Т9, т.е. Т2 < Т13,Т3 < Т12 и т.п.

Ещё 9. Характер изменения температурных теплоносителей при прямотоке и противотоке теплообменников.

В смесительных теплообменных аппаратах теплопередача осуществляется при непосредственном контакте и смешении горячей и холодной жидкостей.

Х арактер изменения температур рабочих сред по поверхности рекуперативного теплообменного аппарата зависит от схемы их движения. Наиболее простыми схемами движения являются: прямоток (рис. 5.1, а), противоток (рис. 5.1, б) и перекрестный ток. Существуют аппараты и с более сложными схемами движения теплоносителя.

От того, какая схема движения сред применена, во многом зависит эффективность теплообменного аппарата.

Расчет ТА, работающих в стационарном режиме, ведется на основе двух уравнений – теплового баланса и теплопередачи. Уравнение теплового баланса означает равенство количества тепла, отдаваемого горячим теплоносителем (Qгор), сумме количеств тепла, воспринимаемого холодным теплоносителем, (Qхол) и потерь в окружающую среду Qос:

Qгор = Qхол + Qос .

( 5.1 )

Пренебрегая потерями тепла в окружающую среду, имеем Qгор = Qхол = Q или

Q = Gгор⋅ ⋅ΔTгор = Gхол⋅ ⋅ΔTхол ,

( 5.2 )

здесь Gгор, Gхол – соответственно массовые расходы горячей и холодной воды, кг/с; , – средние изобарные удельные теплоемкости горячей и холодной воды; = = 4187 ; ΔTгор и ΔTхол – изменения температур горячей и холодной воды.

ΔTгор = Тгорвх – Тгорвых;   ΔTхол = Тхолвых - Тхолвх .

Уравнение теплопередачи определяет количество  теплоты Q, передаваемой через заданную поверхность площадью F, если заданы средние температуры греющего и нагреваемого теплоносителей [1]:

Q = К( ) F,

( 5.4 )

 где К – коэффициент теплопередачи от одного теплоносителя к другому, Вт/(м2⋅К).

= (Тгорвх + Тгорвых)/2; = (Тхолвх + Тхолвых)/2 .

Коэффициент теплопередачи К характеризует интенсивность передачи теплоты от одной среды к другой через разделяющую их стенку. Он численно равен количеству теплоты, проходящей через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между средами в один градус.

Термодинамическая эффективность теплообменника есть отношение количества теплоты, передаваемой в данном теплообменнике, к количеству теплоты, передаваемой в теплообменнике с бесконечно большой поверхностью теплообмена с теми же параметрами на входе. Эффективность теплообменника определяется по формуле