Материал: teplo_2012
М = Mтр + Mтр.д. + Mк . |
(3.71) |
Таким образом, определяется масса теплообменника цилиндрического типа без коллекторов, опорных стоек, патрубков и различных дополнительных устройств для замера температуры, давления и клапанов.
111
4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА ПРИ ИМИТАЦИОННОМ МОДЕЛИРОВАНИИ1
Данная глава предназначена для ознакомления студентов с процессом переноса тепла в одном из наиболее распространенных типов теплообменных аппаратов − рекуперативном аппарате с однофазными теплоносителями, а также методом интенсификации теплообмена в трубчатых ТА с помощью дискретно расположенных кольцевых диафрагм внутри трубы и соответствующих им кольцевых канавок снаружи трубы. Для закрепления знаний студентам рекомендуется проделать лабораторную работу.
Предлагаемый материал и выдаваемая установкой информация позволяет ознакомиться с принципом работы ТА типа «труба в трубе» в режимах прямотока и противотока, оценить эффективность ТА в зависимости от геометрических и режимных параметров, определить коэффициенты теплопередачи и теплоотдачи по той стороне аппарата, где теплообмен менее интенсивен. Кроме того, установка позволяет оценить эффективность применения интенсификации теплообмена.
Используется имитационное моделирование, позволяющее получить аналогичную информацию, как и в реальном эксперименте, отказавшись от дорогостоящей контрольно-измерительной аппаратуры, углубить и расширить изучаемые явления, получить более стабильные и наглядные результаты
1данная глава составлена главным образом на материалах работы[2]
112
и значительно интенсифицировать учебный процесс благодаря мгновенному переходу с одного режима работы установки на другой, при этом каждый студент может выполнять индивидуальное задание, используя многочисленные варианты, введенные о микроЭВМ.
Оборудование изготовлено Днепропетровским специализированным конструкторским бюро ВСНПО «Союзучприбор».
Цель предлагаемой лабораторной работы – с помощью численного эксперимента определить зависимость тепловой мощности ТА от схемы включения, вида теплоносителя, геометрических (диаметры наружной и внутренней труб, длина) и режимных параметров, определить коэффициент теплопередачи в зависимости от режимных параметров, коэффициент теплоотдачи по одному из теплоносителей методом теплообменника, а также зависимость тепловой мощности аппарата, коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи от геометрических параметров турбулизаторов.
4.1. Общие сведения
Теплообменные аппараты используются для передачи тепла от одного теплоносителя к другому. Теплоноситель, имеющий более высокую температуру и отдающий тепло, называется горячим; теплоноситель, обладающий более низкой температурой и воспринимающий тепло, – холодным.
Все ТА по способу передачи тепла могут быть разделены на две большие группы: поверхностные и контактные (рис. 4.1). В поверхностных аппаратах теплоносители отделены друг от друга твердой стенкой (такие аппараты называются рекуперативными) либо поочередно контактируют с одной и той же стенкой (такие аппараты называются регенеративными). Эту стенку (поверхность) называют поверхностью теплообмена.
113
Теплообменные аппараты
|
Поверхностные |
|
|
|
Контактные |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Рекуперативные |
|
Регенеративные |
|
|
Смесительные |
|
Барботажные |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.1. Классификация теплообменных аппаратов
Врекуперативном аппарате одна сторона поверхности теплообмена все время омывается горячим теплоносителем, другая – холодным. Тепло передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку. Направление теплового потока в стенке остается неизменным.
Врегенеративном аппарате одна и та же поверхность теплообмена попеременно омывается го одним, то другим теплоносителем. В период нагрева поверхности теплообмена, называемой насадкой регенератора, она контактирует с горячим теплоносителем и аккумулирует тепло, которое в период охлаждения отдает холодному теплоносителю. Направление теплового потока в стенках аппарата периодически меняется. В качестве насадки в таких аппаратах могут использоваться шары, кольца, мелкие трубы, собранные в плотный пучок, иногда кирпичная кладка (например, в регенераторах мартеновских печей). Достоинствами таких аппаратов являются возможность размещения большой поверхности в единице объема (большая компактность) и осуществимость работы при высоких температурах (при использовании в качестве насадки высокотемпературных материалов), недостатками – плохая герметичность, неизбежность перемешивания теплоносителей, невозможность работы при высоких давлениях рабочих сред.
Вконтактных теплообменных аппаратах передача тепла происходит при непосредственном контакте горячего и холодного теплоносителей, при этом теплообмен сопровождается массообменом. В аппаратах смесительного типа горячий и холодный теплоносители перемешиваются и образуют рас-
114
творы или смеси (примером таких аппаратов могут служить различного типа скрубберы или смесители горячей и холодной воды, используемые в системах водоснабжения). В аппаратах барботажного типа теплоносители находятся в разных фазах и при контакте обмениваются теплом, практически не перемешиваясь между собой. Например, в градирнях капли разбрызгиваемой воды охлаждаются встречным потоком холодного воздуха, а в барботерях горячий пар охлаждается, поднимаясь через слой жидкости. Аппараты контактного типа не могут применяться, если рабочие среды имеют разные давления или вообще не могут перемешиваться.
Аппараты контактного и регенеративного типов не нашли широкого применения на практике. Основным типом теплообменников, используемых в различных областях техники, по-прежнему остаются рекуперативные аппараты, которые и будут дальше рассматриваться.
Рекуперативные теплообменные аппараты можно, в свою очередь, классифицировать:
1. По взаимному направлению потоков теплоносителей:
-прямоточные (прямоток), когда оба теплоносителя движутся параллельно в одном направлении (см. рис. 1.6, а);
-противоточные (противоток), когда оба теплоносителя движутся в противоположных направлениях (см. рис. 1.6, б);
-с перекрестный током, когда теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях, однократно или многократно (см. рис. 1.6, в, д);
-со смешанным током (см. рис. 1.6, г)
-с более сложными схемами различного сочетания прямотока, противотока и перекрестного тока (см. рис. 1.6, е, ж); на рисунке показаны варианты с двумя противоположными ходами и перепуском.
2. По роду теплоносителей:
-аппараты, в которых оба теплоносителя не меняют своего агрегатного состояния (газо-газовые, жидко-жидкостные, газожидкостные);
115