29. Классификация теплообменных аппаратов по принципу действия и по конструктивным признакам.

Теплообменники подразделяются на:

Рекуперативные

Регенеративные

Смесительные

С внутренними источниками теплоты

В рекуперативных ТОА теплообмен между теплоносителями осуществляется за счёт теплопроводности, конвекции, лучеиспускания через разделяющую их стенку, или поверхность одной температуры. Пример: парогенераторы, подогреватели, конденсаторы.

Регенераторы – такие теплообменные аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева (насадка) через определённые промежутки времени омывается то горячей, то холодной жидкостью (воздухоподогреватели маржеховских и доменных печей).

В смешанных аппаратах теплопередача осуществляется при непосредственном соприкосновении или смешении горячей или холодной жидкостей (градирни – вода охлаждается атмосферным воздухом, вода частично испаряется в атмосферном воздухе, поэтому происходит одновременно процесс тепло и массообмена.

30. Тепловой и гидравлический расчеты теплообменных аппаратов

Как нам известно, температура вдоль поверхности теплообмена изменяется по логарифмическому закону, и средний температурный напор будет самым большим при противотоке. Средний температурный напор определяется как средне логарифмический: . (6.1)

Эта формула справедлива как для прямотока, та и для противотока. Для остальных ,

где _t – поправка на схему движения теплоносителя, который определяется по графикам в зависимости от схемы движения теплоносителей.

Уравнение теплового баланса теплообменного аппарата имеет вид:

, (6.2)

где G₁ – массовый расход 1-го теплоносителя, кг/с;

– удельная энтальпия греющего теплоносителя на входе;

– удельная энтальпия греющего теплоносителя на выходе.

В тепловых расчётах часто пользуются понятием полной теплоёмкости, массовый расход теплоносителя в единицу времени, который называется водяной эквивалент W = GC_p, Дж/К .

Коэффициент сохранения тепла принимают 0,98 % – потери в окружающую среду .

Отношение водяных эквивалентов обратно пропорционально разности температур теплоносителя. На графике зависимости изменение температуры по поверхности теплоотдачи более крутая линия получается у того теплоносителя, у которого больше водяной эквивалент.

Второе основное уравнение в расчёте теплообменных аппаратов называется уравнение теплопередачи. . (6.5)

Так как при противотоке больше, чем при прямотоке, то противоточный теплообменник получается более компактным, чем прямоточный. Уравнение теплопередачи служит, для определения, поверхности теплообмена F при выполнении конструктивного расчёта. Задаются температурами теплоносителей и определяется поверхность теплопередачи . Конструктивный расчёт называется ещё проектным.

При поверочном расчёте определяются температуры теплоносителей на выходе из теплообменного аппарата при заданной конструкции, т.е. поверхности теплопередачи (поверочный тепловой расчёт).

Ориентировочное значение  и К приведены в таблицах.

Для оребрённых поверхностей коэффициент теплопередачи

.

Авиационно-космическая промышленность и криогенная техника предъявляют два основных требования к тепловым аппаратам:

• компактность,

где м² – поверхность теплопередачи

м³ – единица объёма теплообменного аппарата

Компактные: меньше 250 , у обычных – 60120

• малое гидравлическое сопротивление Т.А.

Приближённое выражение: . (6.6)

Последнее время большее распространение получил метод эффективности теплообменников с использованием (N, w) характеристик, где  – эффективность теплообменника:

.

Число единиц переноса , .

Тепловой расчёт по методу эффективности проводят следующим образом. Выбирают минимальный эквивалент, рассчитывают теплообменного аппарата, по графику определяют число переноса и по числу единиц переноса определяют поверхность.

Гидравлическое сопротивление складывается из сопротивления на трение в трубах и каналах, потерь давления в … сопротивления (вход – выход, поворот), из потерь напора, обусловленных ускорением потока вследствие изменения плотности теплоносителя, т.к. меняется температура и потери напора на преодоление.