5. Классификация теплообменных процессов и оборудования.

Есть два вида классификации теплообменных процессов и оборудования: описательная и функциональная.

Описательная классификация служит для ориентации во всём многообразии теплообменных процессов и устройств.

Функциональная, расчетная классификация осно­вана лишь на наиболее существенных классификационных признаках, значительно влияющих на организацию, структуру и специфику тепловых, гидравлических, экономических и опти­мизирующих расчетов процессов и оборудования. Она помогает формализовано описывать прак­тически бесконечное многообразие теплообменных устройств и подготавливает структурную основу синтеза универсальных алгоритмов расчета различных промышленных теплообменни­ков.

2.5.1. Термины теории теплообменных процессов и оборудования. Классификация структуры теплообменных устройств.

2.5.1. 1. Термины.

1.Теплообмен (нем. Wärmeübertragung, англ. Heat transfer) – самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным полем температуры. В общем случае перенос теплоты может вызываться также неоднородностью полей других физических величин, например разностью концентраций (диффузионный термоэффект). Под процессом переноса теплоты здесь и в дальнейшем понимается процесс переноса внутренней энергии в форме теплоты.

Комментарий. Следует иметь в виду, что процесс переноса теплоты проходит только в одном направлении, от среды с более высокой температурой (концентрацией) к среде с более низкой температурой (концентрацией). Поэтому среды теплотой не обмениваются!!! Имеет место лишь перенос, передача теплоты. По этой причине термин теплообмен является устаревшим, архаичным, и его целесообразно было бы заменить на термин теплоперенос. Соответственно, в будущем при развитии терминологии везде в терминах, где присутствует слово теплообмен, следует провести его замену на слова теплоперенос или теплопередача. Например, теплообменник следует называть теплопередатчиком, теплообменный аппарат – теплопередающим аппаратом, конвективный теплообмен – конвективным теплопереносом и так далее по аналогии.

2.Сплошная среда (нем. Medium, англ. Continuum) – среда, которую допустимо рассматривать как континуум, пренебрегая её дискретным строением. Имеют место:

• Однородная сплошная среда, в разных точках которой её физические свойства одинаковы при одинаковых температуре и давлении.

• Неоднородная сплошная среда, в разных точках которой её физические свойства не одинаковы при одинаковых температуре и давлении.

• Изотропная сплошная среда, физические свойства не зависят от направления.

• Анизотропная сплошная среда, физические свойства которой различны по разным направлениям.

3. Жидкость (нем. Flüßigkeit, Fluidum, англ. Liquid. Fluid) – сплошная среда, обладающая свойством текучести, т.е. допускающая неограниченное изменение формы под воздействием сколь угодно малых сил. В гидромеханике и теории теплообмена под термином жидкость понимается как капельная жидкость (конденсированная среда), так и газ.

4. Теплоноситель (нем. Wärmeüberträger, англ. Heat–transmission medium) – движущаяся среда, используемая для переноса тепла.

5. Молекулярный перенос (нем. Molekulare Übertragung, англ. Molekular transfer) – перенос теплоты, вещества, количества движения в среде с неоднородным распределением температуры, концентрации, скорости посредством теплового движения микрочастиц.

6. Конвективный перенос (нем. Molare Übertragung, англ. Convective transfer) – перенос теплоты, вещества, количества движения в среде с неоднородным распределением температуры, концентрации, скорости перемещением макроскопических элементов среды.

7. Конвективный теплообмен (нем. Konvektive Wärmeübertragung, англ. Heat transfer by convection) – совместный конвективный и молекулярный перенос тепла.

8. Теплоотдача (нем. Wärmeübergang, англ. Heat transfer) – конвективный теплообмен между движущейся средой и поверхностью её раздела с другой средой (твёрдым телом, жидкостью или газом).

9. Теплопроводность (нем. Wärmeleitung, англ. Heat transfer by conduction) – молекулярный перенос теплоты в сплошной среде, обусловленный наличием градиента темпера туры. Теплопроводность не включает перенос теплоты путём диффузии вещества.

10. Теплообмен излучением (нем. Wärmeübergang durch Strahlung, Strah-lungswärmetausch, англ. Heat transfer by radiation) – процесс, обусловленный превращением внутренней энергии вещества в энергию излучения, переносом излучения и его поглощением другим веществом.

11. Радиационно–кондуктивный теплообмен (англ. Heat transfer by radiation and conduction) – процесс, обусловленный совместным переносом теплоты излучением и теплопроводностью.

12. Радиационно–конвективный теплообмен (англ. Heat transfer by radiation and convection) – процесс, обусловленный совместным переносом теплоты излучением, теплопроводностью и конвекцией.

13. Тепловой поток (нем. Wärmeström, англ. Heat flux) – количество тепла, проходящее в единицу времени через произвольную поверхность.

14. Плотность теплового потока или тепловая нагрузка (нем. Wärmestromdichte, англ. Heat flux per unit area, Specific heat flow) – тепловой поток, отнесенный к единице площади поверхности. Различают местную (локальную) и среднюю по поверхности плотность теплового потока.

15.Температурный напор или разность температур (нем. Temperaturdifferenz, англ. Temperature drop) – разность характерных температур среды и стенки (или границ раздела фаз), либо разность температур двух сред, между которыми происходит перенос теплоты.

16. Теплопередача (нем. Wärmedurchgang, англ. Heat transfer. Overall heat transfer) – перенос теплоты от одной или нескольких сред с более высокой температурой к другой или нескольким средам с более низкой температурой через разделяющую их твёрдую стенку (стенки) или поверхность (поверхности) раздела между ними.

Примечание. Приведенные выше термины, а также термины, приведенные в параграфах 2.12, 2.13, 2.20 в целом соответствуют публикации: Теория теплообмена. Терминология, вып.83. – М.: «Наука», 1971. – 81 с. Термины, приведенные ниже, предложены автором. При этом, учитывая традиции, сложившиеся в теплотехнике, автором сохранены существующие сейчас, архаичные принципы терминологии.

17. Теплообменное устройство, ТУ, (нем. Wärmeübertrager’s Objekt, англ. Heat exchanger object) – технический либо природный объект любой структуры, в котором передаётся тепло от одной среды или нескольких сред к другой среде или нескольким средам. Это обобщающее понятие, пригодное для любого теплообменного объекта.

18. Теплообменная поверхность, ТП, (нем. Wärmeübertrager’s Fläche, англ. Heat exchanger surface) – та часть теплообменного устройства, через которую передаётся тепло.

19. Теплообменный модуль, ТМ, (нем. Wärmeübertrager’s Modul, англ. Heat exchanger module) – характерная часть конструкции теплообменной поверх­ности (например, для гладких поверхностей — тру­бы любой длины, для оребрённых поверхностей — ребро на тру­бе длиной, равной шагу между ребрами и т.п.), с помощью которой можно набрать поверхность любых размеров и любой формы.

20. Теплопередающий элемент (сокращенно элемент), Э, (нем. Wärmedurchgang’s Element, англ. Heat transfer element ) – часть теплообменной поверхности с элементарной схемой тока сред (теплоносителей). Может состоять из любого числа теплообменных модулей.

21. Теплообменный аппарат, ТА, (нем. Wärmeübertrager’s Apparat, англ. Heat exchanger apparatus)– авто­номное теплообменное устройство, состоящее из теплообменной поверхности, полостей для движения тепло­носителей и конструктивного ограничения теплообменной поверхности (кожуха, короба и т.п.). Имеет устройства для выхода и входа сред. Число, состав и схема соединения теплообменных модулей и теплопередающих элементов в аппарате могут быть любыми.

Его основные признаки:

структура – один или несколько теплообменных модулей, объединённых одним или несколькими теплопередающими элементами, соеди­ненных в любой последовательности;

назначение – изменение температуры, агрегатного состояния и физико-химического состава сред;

требование к теплоносителям — неизменность их массового рас­хода в рамках одного аппарата.

22. Теплообменник, ТО, (нем. Wärmeübertrager, англ. Heat exchanger) – устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями (средами) или между теплоносителями и твёрдыми телами (стенкой, насадкой). При этом роль теплоносителей и твёрдых тел, участвующих в теплообмене, может выполнять и среда, окружающая теплообменник.

Его основные признаки:

структура – один аппарат либо совокупность аппаратов, соеди­ненных в любой последовательности;

назначение – изменение температуры, агрегатного состояния и физико-химического состава сред;

требование к теплоносителям — неизменность их массового рас­хода в рамках одного теплообменника.

23. Теплообменная система, ТС, (нем. Wärmeübertragersysteme, англ. Heat exchangers system) – совокупность теплообменников, расположенных в ряд, параллельно либо в любой другой последовательности. Теплообменники в системе отличаются составом сред.

Примечание. Исходя из комментариев к термину 1 следовало бы называть:

теплообменное устройство – теплопередающим устройством,

теплообменную поверхность – теплопередающей поверхностью,

теплообменный модуль – теплопередающим модулем,

теплообменный аппарат – теплопередающим аппаратом,

теплообменник – теплопередатчиком,

теплообменную система ­– теплопередающей системой.