Теплообмін в регенеративних та

В регенераторі поверхня насадки поперемінно сприймає і віддає тепло. Протягом періоду нагріву чи охолодження змінюються температури насадки як по товщині, так і по шляху слідування, причому після реверсірування регенератора або відповідного переміщення рухомої насадки направлення теплового потоку в насадці змінює знак.

Суворе фізико-математичний опис та розв’язання задачі нестаціонарних процесів теплообміну в регенеративних апаратах являються великі труднощі та точних методів розрахунку регенераторів поки що не існує. Тому тут ці процеси розглядаються зі спрощеними умовами.

На мал. 9, а зображено графік зміни упосередковних за часом температур поверхні насадки і теплоносіїв з однаковими повними теплоємностями в так званому ідеальному регенераторі, в якому середня температура насадки за періоди нагріву та охолодження приймається однаковою. У цьому випадку графік зміни середніх теплоносіїв, в регенераторі нічим не відрізняється від графіка зміни температур в рекуператорі.

На мал. 9, б показані зміни температур газів, повітря та насадки в дійсному регенераторі по шляху слідування теплоносіїв за умови рівності їх водяних еквівалентів. Температура газів на початку періоду нагріву насадки зображується кривою 3, в кінці періоду – кривою 1 та середня за період нагрівання – кривою 2. Температура поверхні насадки в кінці періоду нагріву і початку періоду охолодження представляється кривою 4, на початку періоду нагріву і в кінці періоду охолодження – кривою 7, середня за період нагріву – кривою 5, середня за період охолодження – кривою 6. Температура повітря на початку періоду охолодження насадки зображається кривою8, в кінці періоду – кривою 10 і середня за період охолодження – кривою 9.

В розглянутому графіку в зонах початку і кінця шляху по регенератору не показаний крутий згин ліній, які зображають температуру насадки (петлі гістерезіса), яке виникає внаслідок того, що початкові температури теплоносіїв лишаються постійними. Це явище особливо помітне в регенераторах з металічною насадкою невеликої висоти. В дійсних умовах повні теплоємності теплоносіїв можуть бути різними, що викликає криволінійність графіка зміни температур теплоносіїв по довжині насадки. Крім того, в дійсних умовах температура в будь-якій точці поверхні насадки за період нагріву змінюється по випуклій кривій, а за період охолодження – по ввігнутій, внаслідок чого середня температура насадки за період нагріву вища, ніж за період охолодження її. Криволінійно змінюються і температури носіїв (мал. 10) у розглядаємій точці А поверхні насадки на мал. 9, б.

В періоди нагріву та охолодження насадки температура її внутрішніх шарів через кінцеву невелику температуропровідність матеріалу змінюється менше, ніж на поверхні.

Це запізнювання проявляється тим більше, чим більше товщина матеріалу і нижче коефіцієнт температуропровідності. Тому в цегляній насадці воно проявляється сильніше, ніж в металічній.

З міна температури половини товщини елементу насадки в часі при нагріві і охолоджені показано на мал. 11. До початку періоду охолодження насадки температура поверхні елементу вище, ніж в його середині. Повітря швидко знижує температуру поверхневих шарів елементу, і температура цегли на деякій глибині виявляється більш високою, ніж в середині та на поверхні, тобто віддача тепла в цей момент в різних перерізах елементу йде в різних напрямках (стрілки а та б). Через деякий час температура в середині елементу виявляється більш високою, ніж в інших перерізах, і тепловий потік направляється від середини цегли назовні.