Тема 13. Сложный теплообмен. Виды теплообменных аппаратов

В производственных агрегатах (паровых котлах, промышленных печах) тепло передается чаще всего одновременно лучеиспусканием, конвекцией и теплопроводностью. Точнее лучеиспускание, конвекция и теплопроводность являются лишь частными составляющими общего процесса теплопередачи. Роль каждой из них может быть различной. Возьмем часто встречающийся случай сложной теплопередачи от дви­жущихся продуктов сгорания (дымовых газов) к стенке. Тепло от газов, температура которых t₁, передается поверхности с температурой t_с пу­тем конвекции и лучеиспускания трехатомных газов — СО₂, О₂ и Н₂О. Конвективную теплоотдачу можно рассчитать по формуле

q_к = , вт/м² (33)

Лучистую теплоотдачу рассчитывают по формуле

₍₃₄₎

Складывая эти два количества тепла, получим уравнение

q = q_к+q_л = + ₍₃₅₎

Часто в расчетах при сложном теплообмене пользуются суммарным коэффициентом теплоотдачи, представляющим собой сумму коэффициентов конвективной теплоотдачи α_к и лучистой теплоотдачи α_л, и тогда

α_к = α_к + α_л вт/(м²град).

В этом случае формула для теплового потока имеет вид

(36)

Цри высокотемпературных процессах, протекающих в ряде метал­лургических печей, а также в топках паровых котлов, тепло передается в основном лучеиспусканием и роль конвекции невелика. Наоборот, при невысоких температурах роль лучеиспускания может оказаться незна­чительной и основную роль будет играть конвективная теплоотдача (на­пример, в водяных экономайзерах или воздухонагревателях).

Теплообменные аппараты очень распространены в промышленно­сти. В широком смысле слова к теплообменным относят все аппараты, в которых осуществляется обмен теплом между греющей и нагревае­мой средами. В поверхностных теплообменниках греющая среда отделе­на от нагреваемой поверхности и тепло в них передается через стенку. К ним относятся теплообменники, в которых тепло горячих

Рис. 6 . Поверхностный подогрева- Рис.7 . Смесительный теплообменник:

тель а — струйный смеситель; б — скруббер

(оросительный теплообменник)

дымовых газов передается через поверхность нагрева воде или пару; воздухоподогреватели, в которых тепло от газов передается воздуху водоводяные и пароводяные подогреватели (рис. 1); поверхностные конден­саторы для конденсации пара (рис. 2); отопительные радиаторы и многие другие. Применяют теплообменники без разделительной стенки. К ним в частности, относятся смесительные и регенеративные устройст­ва. Смесительные теплообменники, называемые также контактными, получили широкое распространение для использования тепла чистых продуктов сгорания,- выходящих из котельных агрегатов. В смеситель­ных теплообменниках, (рис. 2б) тепло передается от пара иди газа к воде при их смешивании. В регенеративных теплообменниках теплогорячих газов сначала аккумулируется в теплоемкой насадке, напри­мер, в керамической сыпучей массе, а затем передается нагреваемой среде (например, воздуху) путем ее продувания через горячую насадку.

Контрольные вопросы:

1. Какой вид теплообмена называется сложным?

2. Можно ли применять законы отдельных видов теплообмена в сложном теплообмене?

3. Что называется теплообменным аппаратом?

4. Назначение теплообменных аппаратов, виды теплообменных аппаратов?

5. По каким схемам осуществляется движение жидкостей?

6. Как изменяются температуры жидкостей и условные эквиваленты в аппаратах?

7. Основное уравнение теплопередачи и теплового баланса.