Материал: teplo_2012
Врегенеративных ТА воздухоразделительных установок (ВРУ) наряду
сохлаждением прямого потока воздуха происходит его очистка от влаги и двуокиси углерода посредством вымораживания на насадке. Установка состоит из двух аппаратов, обеспечивающих непрерывность процесса охлаждения (рис. 1.27). Установка работает следующим образом. Сжатый воздух давлением до 0,6 МПа нагревает насадку аппарата 1 и охлаждается до температуры, близкой к температуре насыщения. В это же время поток холодного газа (азота) проходит в насадку 2 аппарата, охлаждает ее до определенной температуры. Через определенный промежуток времени происходит переключение клапанов и поток воздуха будет поступать в аппарат 2, а азот в аппарат 1. В ВРУ в качестве насадки применяют насыщенную насадку в виде гранул и диски алюминиевой гофрированной ленты 3.
Рис. 1.27. Переключающая воздухоразделительная установка: В – воздух; А - азот
Корпус выполняется сварным из листовой хромоникелевой стали толщиной 10…12 мм; между решетками укладывают диски из гофрированной ленты и всю конструкцию стягивают болтами.
В газовых холодильных установках регенеративные ТА компонуют в блоке с холодильной машиной, поэтому ТА должен быть очень компактным. Для ТА холодильных машин больше всего подходит насадка из тонкой проволоки ватообразной структуры или мелкой сетки из меди, латуни, бронзы
56
или другого материала высокой теплопроводности. Коэффициент компактности такой насадки достигает 105 м2/м3.
1.11. Теплоносители
Выбор теплоносителей определяется назначениями ТА, условиями его эксплуатации, а также теплофизическими свойствами теплоносителей, их доступностью, стабильностью в процессе длительной эксплуатации и др.
В однофазной области теплоносители разделяют на упругие (газы) и капельные жидкости. С точки зрения теплового и гидравлического расчета ТА принципиального различия между ними нет.
Из теплофизических свойств теплоносителей наиболее важными являются те, которые определяют интенсивность теплоотдачи в каналах ТА.
Плотность и теплоемкость являются весьма важными показателями. Теплоносители более высокой плотности и теплоемкости позволяют при небольших перепадах температур между стенкой и жидкостью отвести или подвести большие тепловые потоки. С этой точки зрения вода имеет значительные преимущества по сравнению с теплоносителями меньшей плотности, например, с воздухом и газами.
Теплопроводность существенно влияет на интенсивность теплоотдачи. Чем больше теплопроводность при прочих равных условиях, тем выше коэффициент теплоотдачи в каналах ТА. Жидкие металлы, обладающие высокой теплопроводностью, имеют преимущества по сравнению с водой и газовыми теплоносителями, у которых теплопроводность невелика.
Вязкость зависит от химической природы теплоносителя, давления и температуры. Она существенно влияет на теплообмен и гидравлическое сопротивление. При высокой вязкости при прочих равных условиях задерживается переход от ламинарного к турбулентному режиму течения жидкости. Вязкость сильно зависит от температуры и с ее увеличением повышается.
57
Число Прандтля Рr=ν/а характеризует теплофизические свойства теплоносителей и является одной из важнейших их характеристик.
Для воздуха и газов число Рr ≤ 1. Для воды число Рr = 13,67 ÷ 1 в зависимости от температур (от 0 до 180 ºС). У жидких топлив, масел, кремнийорганических соединений и других веществ Рr = 10 ÷ 65.000, у жидких металлов Рr << 1. С увеличением температуры число Рr уменьшается.
Температура кипения теплоносителя должна быть сравнительно вы-
сокой. В этом случае для поддержания теплоносителя в жидком состоянии не требуется заметного повышения давления.
Теплоносители должны отвечать следующим требованиям:
•быть химически стабильными, не вступать во взаимодействие с материалом теплообменника, т.е. не оказывать коррозионного и эрозионного воздействия, не должны образовывать взрывоопасных смесей при смешении
сдругими теплоносителями;
•обеспечивать достаточно интенсивный теплообмен в ТА, обладая высокой теплоемкостью и малой вязкостью;
•иметь хорошую термостойкость;
•быть достаточно доступными и иметь невысокую стоимость;
•отличаться малой химической токсичностью;
•иметь высокие температуры кипения и воспламенения;
•быть удобными в транспортировании, хранении и заправке;
•быть безопасными в эксплуатации.
Применяемые в технике теплоносители всем требованиям одновременно не отвечают.
58
1.12. Показатели эффективности теплообменных аппаратов
Наиболее распространены следующие частные показатели эффективности ТА.
Общая мощность, затрачиваемая на прокачку теплоносителей:
δр=δр1 +δр2 ;
где δр1 = GV1 p1 ; δр2 = GV2 p2 .
Коэффициент удержания теплоты:
εq =Q2 / Q1 =1− Q / Q1 ,
где Q – потери количества теплоты во внешнюю среду при передаче от греющего теплоносителя (Q1) к нагреваемому (Q2).
Эксергетический кпд:
ηЕ = 1 − Е / Евх ,
где Ε – потери эксергии вследствие неравновесного теплообмена с окружающей средой, продольного теплообмена и гидравлических сопротивлений ТА для обоих теплоносителей; Евх – сумма эксергий обоих теплоносителей на входе в ТА.
Показатель энергетической эффективности:
ЕF = Q / (δp1 + δp2 ).
Критерий Кирпичева:
ЕК = Q / AП ,
где АП – работа на прокачку теплоносителей.
Критерий Глазера (коэффициент мощности):
ЕГ = Q / δp1 |
, |
или Е |
Г = Q / δp2 |
|
|
|
Приведенный коэффициент мощности:
ηпр = ЕГ / tср .
Коэффициенты:
59
теплопередачи, Вт/(м2·К),
k = Q / (F tср );
использования массы, Вт/(кг·К),
k m = Q / (mТЭ tср );
использования объема, Вт/(м3·К),
k y = Q / (VТЭ t ср );
компактности, м2/м3,
k FV = F / VТЭ .
Наряду с перечисленными показателями эффективности ТА используются следующие экономические показатели: капитальные вложения к; цена Цта; себестоимость КЭТА; эксплуатационные затраты Э; приведенные затраты З; себестоимость передачи теплоты КПТ; газовый экономический эффект ЭГ; коэффициент экономической эффективности Эк; народно–хозяйственный доход Днх.
Контрольные вопросы
1.Какие основные функциональные и конструктивные признаки положены в основу классификации теплообменных аппаратов?
2.Назовите основные способы компенсации возникающих в ТА термических напряжений.
3.Какие схемы тока теплоносителей в ТА существуют?
4.Каковы устройство и основные характеристики кожухотрубных
ТА?
5.Какие основные способы интенсификации теплообмена в ТА?
6.Каковы устройство и основные характеристики пластинчаторебристых ТА?
7.Назовите типы и характеристики пластинчато-ребристых поверх-
ностей?
60