Регенеративные теплообменники, конструкции, принцип действия и основы теплового расчёта

Регенеративные теплообменники – т/о аппараты, в которых процесс передачи от горячего теплоносителя к холодному во времени разделяется на 2 периода. В течение первого периода через аппарат протекает горячий теплоноситель, теплота которого передаётся стенкам и аккумулируется в них. При этом теплоноситель охлаждается, а стенки аппарата нагреваются - период нагревания. В течение второго периода через аппарат протекает холодный теплоноситель, который отнимает аккумулированную в стенках теплоту. При этом теплоноситель нагревается, а стенки охлаждаются - период охлаждения. Таким образом, в регенеративных аппаратах горячий и холодный теплоносители протекают в одном и том же канале и попеременно омывают одну и ту же поверхность нагрева, процесс передачи тепла нестационарен. По мере нагревания и охлаждения температура стенки меняется. Вместе с изменением температуры стенки изменяется во времени и температура теплоносителя. Кроме изменения во времени вся температура в регенераторах изменяется также и вдоль поверхности нагрева.

Характер изменения температуры поверхности насадки регенератора (температурное кольцо) за период нагревания стенки t_w1 и период охлаждения её t_w2. В качестве расчётного интервала времени берётся длительность цикла τ₀=τ₁+τ₂ и уравнение теплопередачи: Q_ц=K_ц∙(t₁-t₂), где

К_ц- коэффициент теплопередачи цикла,

α₁ - суммарный коэффициент теплоотдачи за период нагревания;

α₂ - суммарный коэффициент теплоотдачи за период охлаждения;

τ₁; τ₂ - периоды нагревания и охлаждения;

Е_к - поправочный коэффициент; Е_к=0,8;

Дальнейший расчёт регенераторов м.б. произведён по формулам для рекуперативных т/о аппаратов.

Основными расчётными уравнениями являются:

уравнение теплопередачи:

Q=k_ср∙F_cp∙Δt_ср= k_ср∙F_ср∙(t₁- t₂), где

k_ср - коэффициент теплопередачи, Вт/м² К ;

Δt_ср-средний температурный напор, °С;

уравнение теплового баланса:

Q₁= Q₂ + ΔQ

Количество теплоты, отданное горячим теплоносителем: Q₁ = M₁∙C_p1∙ ( );

Количество тепла, воспринятое холодным теплоносителем:Q₂=М₂∙С_р2( ), где

t₁ – температура холодного теплоносителя, ⁰С;

t₂ – температура горячего теплоносителя, ⁰С;

ΔQ-потери теплоты в окружающую среду, Вт;

С_р1, С_р2 - удельные массовые средние изобарные теплоёмкости теплоносителей, Дж/(кг∙K);

- начальная и конечная температура горячего теплоносителя;

-начальная и конечная температура холодного теплоносителя;

В тепловых расчётах важное значение имеет понятие так называемого водяного эквивалента теплоносителя W, который представляет собой полную теплоёмкость массового расхода теплоносителя, т.е W= M∙C_р=ρ∙ω∙f∙с_р, Вт/К, где

ω-скорость теплоносителя, м/с;

ρ-плотность теплоносителя, кг/м³;

f-площадь сечения канала, м²;

Смысл этого понятия состоит в том, что его числовая величина определяет как бы количество воды, равноценное по теплоёмкости расходу рассматриваемого теплоносителя в единицу времени. Для чистого теплообменного аппарата коэффициент теплопередачи.

Для чистого т/о аппарата коэффициент теплопередачи , Вт/м²∙К k=

α₁ - коэффициент теплоотдачи со стороны горячей среды, Вт/м²∙ К;

α₂ - коэффициент теплоотдачи со стороны холодной среды, Вт/м²∙К;

δ_i -толщина слоёв стенки трубы, м;

λ_i -коэффициент теплопроводности слоёв стенки, Вт/м∙К.

№29