Материал: teplo_2012
Принятые сокращения АВО – аппараты воздушного охлаждения ВРУ – воздухоразделительная установка ГТД – газотурбинный двигатель ГТУ - газотурбинная установка
ДВС – двигатель внутреннего сгорания ОМ – охладитель масла ОНВ – охладитель надувочного воздуха
РВУ - радиационно – вентиляторная установка ТА – теплообменные аппараты ТХУ – турбохолодильная установка
ЧЕП – число единиц переноса теплоты
6
1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
1.1. Классификация теплообменных аппаратов1
Теплообменные аппараты (ТА) – это устройства, предназначенные для нагревания, охлаждения или для изменения агрегатного состояния теплоносителя. В ТА один теплоноситель (теплоотдающий) передает теплоту другому теплоносителю (тепловоспринимающему). Если передача теплоты происходит при изменении агрегатного состояния какого-либо теплоносителя (кипение, конденсация), то его температура в процессе теплопередачи остается постоянной. В остальных случаях температуры теплоносителей в ТА изменяются.
В основу классификации ТА могут быть положены различные признаки. Рассмотрим классификацию по функциональным и конструктивным признакам, а также по схемам тока теплоносителей.
Функциональные признаки По принципу работы ТА могут быть разделены на две большие груп-
пы: поверхностные и контактные.
В поверхностных ТА теплоносители (горячий и холодный) омывают поверхность твердой стенки или тела. Поверхностные ТА разделяются на ре-
1 Данный раздел составлен главным образом на материале работы [1]
7
куперативные и регенеративные. В рекуперативных ТА обменивающиеся теплотой теплоносители 1 и 2 протекают одновременно и передача теплоты происходит через разделяющую их стенку 3 (рис. 1.1, a). Теплообмен происходит за счет конвекции и теплопроводности стенки, а если хоть один из теплоносителей является излучающим газом, то и за счет теплового излучения.
Рис. 1.1. Типы теплообменных аппаратов
Врегенеративных ТА (см. рис. 1.1, б, в) одна и та же поверхность теплообмена 3 через определенные промежутки времени омывается то горячим 1, то холодным 2 теплоносителями. Сначала поверхность отбирает теплоту от горячей среды и нагревается, затем поверхность отдает теплоту холодной среде. Таким образом, в регенеративных ТА теплообмен всегда происходит в нестационарных тепловых условиях, тогда как рекуперативные ТА большей частью работают в стационарном тепловом режиме.
Вкачестве поверхности теплообмена в регенеративных ТА используется теплоаккумулирующая насадка, элементы которой (например, в виде ша-
8
ров, решеток, колец) образуют каналы сложной формы для прохождения теплоносителей. Поверхность теплообмена регенеративного ТА может быть выполнена переключающейся (см. рис. 1.1, б) через определенный промежуток времени или вращающейся (см. рис. 1.1, в).
Вконтактных ТА передача теплоты от греющего теплоносителя к нагреваемому происходит при их непосредственном контакте.
Контактные ТА делятся на смесительные и барботажные. В аппаратах смесительного типа (см.рис. 1.1, г) нагреваемый 2 и греющий 1 теплоносители перемешиваются. В барботажных аппаратах греющий теплоноситель прокачивается через нагреваемый, или наоборот, не смешиваясь с ним. В барботажном ТА (см.рис. 1.1, д) горячий воздух 1 направляется в теплообменные элементы 4, по внутренней цилиндрической поверхности закрученным тонким слоем стекает вода 2. Воздух, проходя через слой воды, разрывает ее поток на отдельные пленки и при непосредственном контакте с водой охлаждается.
ВТА нагревание одного теплоносителя происходит за счет охлаждения другого. Исключение составляют теплообменники с внутренним тепловыделением, в которых теплота выделяется в самом аппарате и идет нагрев теплоносителя. Это разного рода электронагреватели и реакторы.
Если в ТА теплота от горячего теплоносителя рассеивается излучением, то они называются излучателями или радиационными теплообменниками.
По роду теплоносителей различают ТА: жидкость – жидкость; пар – жидкость; газ – жидкость; пар – пар; пар – газ; газ – газ.
Взависимости от изменения агрегатного состояния теплоносителей ТА делят на: без изменения агрегатного состояния; с изменением агрегатного состояния одного теплоносителя; с изменением агрегатного состояния обоих теплоносителей.
ВТА могут протекать различные процессы теплообмена: нагрев; охлаждение; кипение; конденсация; вымораживание; ректификация и т.д. В зави-
9
симости от этих процессов ТА называют: подогреватели, охладители, испарители, конденсаторы и т.д.
По характеру движения теплоносителей относительно теплопере-
дающей поверхности ТА делят на два типа: с естественной и с принудительной циркуляцией теплоносителей.
КТА с естественной циркуляцией относятся испарители, выпарные аппараты, водогрейные котлы, у которых теплоноситель движется благодаря разности плотностей жидкости и образующейся парожидкостной смеси в трубах циркуляционного контура.
КТА с принудительной циркуляцией относятся, например, рекуперативные теплообменники, в которых теплоносители движутся за счет внешних сил, создаваемых компрессорами, насосами, вентиляторами.
По роду теплового режима ТА могут быть со стационарными и нестационарными процессами теплообмена. Рекуперативные ТА в основном работают в установившемся стационарном режиме, а регенеративные – в нестационарном режиме.
1.2. Конструктивные признаки По виду (конфигурации) поверхности теплообмена рекуперативные ТА
делят на: кожухотрубные с прямыми гладкими трубами; кожухотрубные с U- образными трубами; кожухотрубные с оребренными трубами; секционные «труба в трубе»; змеевиковые; спиральные; пластинчатые; пластинчаторебристые; ламельные.
Регенеративные ТА различают по виду насадки. При низких температурах в криогенных ТА в качестве элементов насадки часто используется алюминиевая гофрированная лента (см. рис. 1.2, а). При намотке на диски двух лент образуются извилистые каналы, конфигурация которых способствует интенсификации процессов теплообмена. При умеренных и низких температурах устанавливают сетчатую насадку (см.рис. 1.2, б) из материала с высокой теплопроводностью (медь, латунь).
10