Теплообменные аппараты. Классификация, методы расчёта их размеров. Отопительные приборы, их характеристики, размещение в помещениях Теплообменные аппараты [1, с.72-73]

Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. В качестве теплоносителей в них используют пар, горячую воду, дымовые газы и другие тела. По принципу действия и конструктивному оформлению теплообменники разделяются на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативные аппараты (рекуператоры) – теплопередача от греющего теплоносителя к нагреваемому происходит через разделяющую их твёрдую стенку, например, стенку трубы. Примером таких теплообменников могут быть котельный агрегат, нагревательный прибор и т.п.

В зависимости от взаимного направления движения теплоносителей теплообменники этого типа подразделяются на противоточные (рис. 5.1а), прямоточные (рис. 5.1б) и перекрёстные (рис. 5.1в)

Регенеративные аппараты (регенераторы) – процесс теплообмена происходит в условиях нестационарного режима. Имеют специальные насадки из огнеупорного кирпича или других материалов, которые поочерёдно омываются то греющим, то нагреваемым теплоносителями. В первом случае насадка регенератора аккумулирует теплоту от греющего теплоносителя, а затем отдаёт её при омывании насадков нагреваемым теплоносителем.

Примером регенеративных теплообменников могут служить регенераторы стекловаренных и мартеновских печей, куперы доменных печей. С помощью таких теплообменников утилизируется теплота отходящих газов агрегатов и экономится топливо.

Смесительные теплообменники – процесс теплообмена осуществляется при непосредственном соприкосновении и перемешивании теплоносителей. Примером смесительных теплообменников могут служить скруббер, градирня – устройства, в которых теплообмен между газом и жидкостью происходит при контакте распыленной на капли жидкости с газом.

Рекуперативные и регенеративные теплообменники называют поверхностными, а смесительные – контактными.

Расчёт теплообменных аппаратов [1, с.73-76]

Тепловые расчёты теплообменников разделяются на проектные (конструктивные) и поверочные.

Целью конструктивного расчёта является определение площади поверхности теплообмена, необходимой для обеспечения заданного теплового потока (при заданных параметрах греющего и нагреваемого теплоносителей).

Поверочный расчёт теплообменника выполняется, если известна поверхность теплообмена, начальные температуры теплоносителей, их теплоёмкости и расход, а определяемыми являются конечные температуры теплоносителей и передаваемый тепловой поток.

Тепловой расчёт теплообменного аппарата базируется на двух основных уравнениях: теплового баланса и теплопередачи.

При конструктивном тепловом расчёте площадь рабочей поверхности теплообменника F, м², определяется из основного уравнения теплопередачи:

F=Q/(kt_ср), (5.1)

где: Q – тепловой поток через поверхность теплообмена, Вт;

k - коэффициент теплопередачи, Вт/м²К;

t_ср - средний температурный напор по всей поверхности нагрева, С.

Из этого уравнения следует, что при определении поверхности теплообмена задача сводится к вычислению коэффициента k и среднего по всей поверхности температурного напора t_ср.

Коэффициент теплопередачи k зависит от вида и скорости движения теплоносителя, параметров его состояния, материала стенок, через которые передаётся теплота, от степени их загрязнения и др.

В процессе теплообмена температура теплоносителей не остаётся постоянной. Поэтому величина движущей силы теплообмена – температурного напора по длине аппарата меняется и зачастую существенно. В расчётах аппаратов используется среднее значение температурного напора t_ср. Если отношение разности температур теплоносителей на входе в аппарат и на выходе из него не превышает 1,7, то t_ср определяется как среднеарифметическое большего (t_б) и меньшего (t_м) перепадов, т.е.:

t_ср=(t_б+t_м)/2. (5.2)

При t_б/t_м>1,7, то t_ср определяют из выражения:

., (5.3)

а температурный напор называется среднелогарифмическим.