4. Класифікація та принципи роботи теплообмінних апаратів.

4.1 Вступ:

Теплообмінний апарат – пристрій призначений для передачі теплової енергії від одного теплоносія до іншого

Теплообмінники найшли дуже широке застосування в різних галузях. Так в хімічній промисловості вони потрібні для нагрівання, чи охолодження реагентів, для інтенсифікації, чи навпаки, для сповільнення проходження реакцій. Харчова промисловість використовує теплообмінники, наприклад для пастеризації продуктів, охолодження, тощо. Широке застосування теплообмінні апарати найшли в енергетиці. Так на атомних станціях для охолодження зони реакції необхідні потужні теплообмінники, які забезпечують безперебійну реактора. Саме під час Чорнобильської аварії надмірний тиск в теплообміннику був початком неповоротних процесів. Охолодження великих електричних трансформаторів, робота опалювальний котлі і бойлерів, забезпечення температурного режиму теплових двигуні-все це можливо завдяки теплообмінним апаратам.

Порушення режиму роботи теплообмінника може привести до виникнення непередбачуваних ситуацій пов’язаних з виникненням не тільки пожеж, а й катастроф світового масштабу.

Класифікація і основні схеми теплообмінних апаратів

Теплообмінні апарати класифікують:

1. по принципу дії;

2. по призначенню;

3. по конструктивному оформленню поверхні теплообміну;

4. по виду теплоносія;

5. по схемі руху теплоносіїв

1.По принципу дії розрізняють теплообмінники на поверхневі і змішувальні.

До поверхневих відносять: регенеративні і рекуперативні.

Регенеративні – такі в яких поверхня теплообміну по черзі омивається теплоносіями, один з яких нагріває, а інший – нагрівається.

До рекуперативних- такі в яких теплоносій, що віддає тепло та теплоносій, що його сприймає одночасно обмінюються теплом крізь стінку що їх розділяє.

Приклади поверхневих: парові котли. Паро нагрівачі, випаровувачі, поверхневі конденсатори, та інші.

До змішувальних відносять всі теплообмінні апарати в яких передача тепла відбувається при безпосередньому дотику і змішуванні теплоносіїв.

Приклади: скрубери градирні, змішувальні конденсатори, тощо.

2.По призначенню класифікують в залежності від назви: парові котли, повітронагрівачі, випаровувачі, конденсатори, тощо.

3.По конструктивному оформленню поверхні теплообміну

• трубчасті: з гладких чи ребристих труб

• Пластинчасті: з плоских чи фігурних штампованих листів

• 

Рис.5.4 Пластинчастий теплообмінник

• Сорочкові: поверхня теплообміну виконана у вигляді водяної чи газової (парової) сорочки

Рис. 5.5Схема сорочкового теплообмінника ДВС

• Насад очні: поверхнею теплообміну є насад очна маса у вигляді скляних, керамічних, металевих кілець чи кульок.

• 

Рис.5.5 Вигляд насад очних поверхонь

4 По виду теплоносія теплообмінники бувають: рідинні, газові (парові) і газорідинні.

5.По схемі руху теплоносія теплообмінники ділять на:

Прямоточні – обидва теплоносія рухаються в одному напрямку.

Протиточні- теплоносії рухаються назустріч один одному

З перехресною або змішаною схемою руху теплоносіїв.

В якості прикладів розглянемо схеми деяких типів теплообмінників, що широко застосовуються в промисловості і в практиці пожежної справи.

• Змійовикові теплообмінники служать для охолодження або нагрівання середовища (рідини, газу, парів, повітря). У цих теплообмінниках гріючий теплоносій рухається по змійовику, а той, що нагрівається, - із зовнішньої сторони трубок. Змійовикові теплообмінники широко застосовуються для теплообміну при хімічних реакціях, використовують також і в якості додаткового охолодження двигунів деяких типів пожежних автомобілів.

Рис.5.6Спіральний теплообмінник  

Рис. 5.7 трубчасті теплообмінники

Трубчасті теплообмінники виконують у вигляді пучка труб, розміщених у циліндричному корпусі, який зварений з листової сталі. Труби закладають у трубні решітки до яких їх приварюють або щільно вальцюють. У таких теплообмінниках конденсаційного типу рідина рухається по трубам. А конденсація парів відбувається в між трубному просторі. У випадку теплообміну між двома крапельними рідинами, гріючий рухається по трубам, а той, що нагрівається, - в 10іж трубному просторі. Для підвищення інтенсивності теплообміну трубчасті теплообмінники виконують багатоходовими (за рахунок перетинок теплоносій декілька разів, спочатку у прямому а потім у зворотному напрямку рухається по трубкам)

Теплообмінник типу труба в трубі являє собою трубу меншого діаметра, розташовану в трубі більшого діаметра. По внутрішній трубі і в 10іж трубному просторі рухаються теплоносії за прямотоком або протитоком. Внутрішня труба з’єднана із зовнішньою за допомогою фланців або зварюванням. Тип такого теплообмінника часто застосовують в північних регіонах пожежники для відігрівання замерзлих викидних пожежних рукавів.

Рис.5.8.Двотрубний теплообмінник типу “труба в трубі”

Висновок: на даному занятті курсантів та студентів було ознайомлено з складним теплообміном при стаціонарному режимі.

Завдання на самопідготовку:

1. Башкирцев М.П. Основи пожарной теплофизики М.Стройиздат, с. 140-156.

2. Рябова І.Б., Сайчук І.В.,Шаршанов А.Я., термодинаміка і теплопередача в пожежній справі, Харків-2010, с. 110-113.

3. Конспект.