1.4. Варианты изменений температур теплоносителей

1.4.1. ТОА на однофазных теплоносителях

Чаще всего в ТОА каждый теплоноситель покидает аппарат, оставаясь в том же фазовом состоянии, что и на входе в него. В результате температура горячего теплоносителя уменьшается, а температура холодного увеличивается.

Часто изменение температуры пропорционально переданной теплоте.

На рис. 6 показано изменение температур теплоносителей для прямоточной и противоточной схем движения.

Рис.6. Изменение температур теплоносителей в прямоточном (а) и противоточном (б) ТОА

Лучшее, что может быть достигнуто при прямотоке, это близость выходных значений температур. В случае противотока выходная температура одного из теп­лоносителей приближается к входной температуре второго.

При перекрестном течении теплоносителей нельзя так просто проиллюстриро­вать изменение температур в ТОА, поскольку температура даже в идеальном слу­чае не является функцией только расстояния.

1.4.2. Котлы и конденсаторы

В ТОА данного типа существенную роль играет изменение фазового состояния одного из теплоносителей. В области, фазового перехода температура практически не изменяется и этим изменением можно пренебречь. Температура будет изме­няться только в процессе подогрева теплоносителя до состояния насыщения и да­лее в процессе пароперегрева. Такой случай изменения температур (Рис.7) имеет место в парогенераторах.

Рис. 7 . Изменение температур в парогенераторе (движение теплоносителей прямоточное)

В большой степени сказанное выше относится и к конденсаторам.

1.4.3. Общий случай

В общем случае температуры теплоносителей изменяются нелинейно. Причем не­линейность изменения температуры может быть весьма значительной.

Эти нелинейности, также как и изменение в пространстве ТОА коэффициента теплопередачи, ограничивают возможность аналитического подхода к расчету ТОА.

1.5. Основные типы теплообменных поверхностей

1.5.1. Гладкие трубы

Очень часто используются конструкции, в которых один теплоноситель течет внутри прямых или искривленных труб круглого поперечного сечения, а второй омывает их снаружи в продольном, перпендикулярном или наклонном к оси трубы направлении. Поперечное сечение труб может иметь и иную форму.

1.5.2.Оребренные трубы

В том случае когда теплоотдача к внутренней поверхности трубы более интен­сивная, чем снаружи, прибегают к развитию площади наружной поверхности с по­мощью ребер. Эти ребра могут быть выполнены заодно с трубой или же соединены с ней сваркой или пайкой. Ребра могут иметь форму кольцевых дисков, спиральных пластин или плоских листов, расположенных вдоль оси трубы.

В случае оребренных труб, всегда нужно точно оговаривать, о какой повер­хности (внутренней или наружной) идет речь, когда определяют плотность тепло­вого потока.

1.5.3. Матричные конструкции

Выполненные как единое целое блоки труб и ребер, либо другие блочные конструкции развитых поверхностей теплообмена называют матрицами.

Матричные конструкции наши довольно широкое применение, например в авто­мобильных радиаторах, системах кондиционирования воздуха и т.п. Матричные кон­струкции позволяют значительно уменьшить габаритные размеры ТОА с одновремен­ным увеличением площади теплообменных поверхностей в единице объема ТОА.

1.5.4.Поверхности с жидкой пленкой

Примеры ТОА такого типа уже рассматривались, когда речь шла о прямом кон­такте между потоком газа, с одной стороны, и пленкой жидкости, текущей по твердой поверхности - с другой. Так устроены, например абсорбционные колонны, градирни электростанций и т.п.

1.5.5.Теплообменники с распылением

Эти теплообменники; пожалуй, встречаются реже, чем пленочные аппараты, в которых жидкость всегда находится в контакте с твердой поверхностью: лишь при большой скорости газа неизбежно образуется какое-то число капель. Существуют так же тепло- и массообменные устройства, в которых основное взаимодействие происходит через капли, образуемые в специальных распылителях и свободно па­дающие в газообразной среде. Примером таких устройств могут служить пароохла­дители паровых котлов электростанций, увлажнители в кондиционерах воздуха, ус­тройства для производства порошкового молока и другие установки.

1.5.6.Поверхности с механическим удалением теплоносителя

Естественное течение пленок по поверхности теплообмена целесообразно лишь при использовании жидкостей низкой вязкости. В этом случае течение определяет­ся только гравитационными силами и силами трения. Если же требуется организо­вать течение пленок высоковязкой жидкости, то для этого используются, напри­мер, устройства скребкового типа. Они включают в себя системы, приводимые в действие от постороннего источника энергии.