1.2. Схемы движения теплоносителей

Схема движения теплоносителей в ТОА оказывает очень большое влияние на ин­тенсивность процесса теплопередачи. Существует множество простых и сложных схем движения. Рассмотрим основные из них.

1.2.1. Противоток

Противоточной (рис.1) называется схема движения, при которой теплоносите­ли движутся параллельно друг другу, но в противоположных направлениях.

Рис.1 Схема противоточного ТОА.

Противоточные теплообменники наиболее эффективны, поскольку обеспечивают наилучшее использование располагаемой разности температур, в них также может быть достигнуто наибольшее изменение температуры каждого теплоносителя.

1.2.2. Прямоток

Прямоточной (Рис.2) называется схема, в которой теплоносители имеют параллельное однонаправленное течение.

Рис.2 Схема прямоточного ТОА.

Располагаемая разность температур используется плохо, однако температура передающей стенки в таких ТОА оказывается более однородной, чем в противоточных ТОА.

1.2.3. Перекрестный ток Перекрестноточной (Рис.3) называется схема, при которой теплоносители движутся ортогонально друг другу.

Рис.3 Схема перекрестноточного ТОА.

По своей эффективности ТОА с перекрестным током занимают проме­жуточное положение между ТОА с противотоком и прямотоком.

1.2.4. Перекрестный ток с противотоком

Данная схема (Рис.4) является комбинацией перекрестной и противоточной схем

Рис.4 Схема ТОА со смешанным движением теплоносителей (перекрестный ток с противотоком)

ТОА со смешанным течением теплоносителей можно рассматривать как компромиссный вариант между требованием высокой эффективности аппарата и простотой конструкции. Чем больше ходов в таком ТОА, тем он ближе по эффективности к противоточному варианту.

1.2.5. Многоходовое течение в межтрубном пространстве.

Данная схема (Рис.5) может сочетать в себе все три ранее описанных прос­тейших схемы течения.

Рис.5 Схема движения теплоносителей в много­ходовых кожухотрубных ТОА.

Существуют и другие комбинированные схемы движения теплоносителей.

1.3. Типы взаимодействий между потоками

1.3.1. Теплообмен

Под теплообменом понимается взаимодействие между средами, вызываемое нали­чием разности температур. Такое взаимодействие является наиболее общим слу­чаем для ТОА.

Теплообмен между потоками теплоносителей в ТОА обычно происходит без их непосредственного контакта - между потоками размещается твердая стенка.

Теплообмен может происходить также и при прямом контакте жидкостей, напри­мер когда одним теплоносителем является горячая вода, а другим - холодный воз­дух (градирни тепловых электростанций).

В некоторых случаях теплотой с потоком жидкости обмениваются твердые час­тицы. В таком теплообменнике с псевдоожиженым слоем горячий газ может прохо­дить вверх через плотное облако твердых частиц, которые хотя и пребывают в постоянном хаотическом движении, однако не уносятся потоком вследствие дей­ствия гравитационных сил. Эти частицы бомбардируют твердые поверхности, нахо­дящиеся в этом слое (например, трубы с охлаждающей водой), и передают им теп­лоту, одновременно интенсифицируя теплообмен между поверхностью твердой стен­ки и газом за счет разрушения теплового пограничного слоя.

Существуют и другие способы передачи теплоты.

1.3.2. Совместный тепло- и массообмен

Непосредственный контакт теплоносителей создает возможность осуществления между ними массообмена. Часто массообмен происходит при испарении части жид­кости или конденсации одного из компонентов газового потока. Первый процесс наблюдается в упоминавшихся градирнях, последний - в некоторых аппаратах по удалению влаги.

Фазовые переходы часто сопровождаются значительными тепловыми эффектами, связанными со скрытой теплотой фазового перехода, что существенно сказывается неэффективность работы ТОА.