Теплообменные аппараты очень распространены в промышленности. В широком смысле слова к теплообмнным относят все аппараты, в которых осуществляется обмен теплом между греющей и нагреваемой средами. В поверхностных теплообменниках греющая среда отделена от нагреваемой поверхностью и тепло в них передаётся через стенку. К ним относятся теплообменники, в которых тепло горячих дымовых газов передается через поверхность нагрева воде или пару; воздухоподогреватели, в которых тепло от газов передается воздуху; водо-водяные и пароводяные подогреватели; поверхностные конденсаторы для конденсации пара; отопительные радиаторы.
1. Общие сведения
Теплообменным аппаратом называется устройство, предназначенное для передачи теплоты от более нагретого теплоносителя к менее нагретому.
Теплообмен применяется для осуществления различных технологических процессов: нагревания, охлаждения, конденсации, испарения и т. д. Теплообменные аппараты классифицируются по различным признакам: назначению, компоновке, роду рабочих сред, способу передачи теплоты и др. Наиболее распространена классификация теплообменников по способу передачи теплоты, согласно которому они подразделяются на следующие типы:
1. Рекуперативные поверхностные аппараты, в которых оба теплоносителя разделены поверхностью теплообмена различной конфигурации;
2. Регенеративные, в которых процесс передачи теплоты от горячего теплоносителя к холодному происходит с помощью теплоаккумулирующей массы, называемой насадкой;
3. Смесительные, в которых теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей.
К поверхностным теплообменникам относятся: трубчатые (кожухотрубчатые, типа труба в трубе, оросительные, погруженные); пластинчатые, спиральные, аппараты с рубашками, с оребренной поверхностью теплообмена.
В зависимости от взаимного направления потока горячей и холодной жидкости различают три основные схемы движения жидкостей:
1. Прямоток если обе жидкости движутся параллельно в одном направлении;
2. Противоток если обе жидкости движутся параллельно, но в противоположных направлениях;
3. Перекрестный ток если одна жидкость движется в направлении, перпендикулярном другой;
2. Содержание задания
Задание предусматривает тепловой расчёт рекуперативного теплообменниа типа «труба в трубе» на основе исходных данных, приведенных в таблице 1.
В теплообменнике типа «труба в трубе» холодный теплоноситель движется по кольцевому каналу между трубами; длина одной секции теплообменника L1 = 1 м.
Таблица 1
Исходные данные
Сокращения, принятые в таблице:
ТТ труба в трубе; ПТ пучок труб.
В вода; ВЗ воздух; ЭГ этиленгликоль; ММ машинное масло; ДГ дымовые газы; ДТ дизельное топливо;
СтУ сталь углеродистая; Д дюралюминий; СтН сталь нержавею щая.
Рис. 1. Теплообменник типа «Труба в трубе»
Все варианты задания приводятся в таблице, причём при расчёте теплообменника типа «труба в трубе» студенты первой подгруппы рассчитывают прямоточный теплообменник, второй подгруппы противоточный,
При выполнении задания необходимо решить следующие задачи:
1) определить количество передаваемого тепла;
2) найти коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному теплоносителю;
3) вычислить коэффициент теплопередачи теплообменника;
4) расчёт поверхности теплообмена и количества секций труб теплообменника;
5) определение температуры поверхности стенок трубы;
6) гидравлический расчёт теплообменного аппарата;
7) определение толщины тепловой изоляции.
3. Определение количества передаваемого тепла
Уравнением для расчёта количества передаваемого тепла в теплообменнике является уравнение теплового баланса:
Qг = Qx + Q (1)
где: Qг и Qx — количество теплоты, отданное горячим и воспринято холодным теплоносителем, Q потери теплоты в окружающую среду.
Количество передаваемого тепла или тепловая мощность теплообменника Q = Qг = Qx :
(2)
где:, средняя удельная массовая теплоёмкость соответственно горячего и холодного теплоносителей при постоянном давлении в интервале изменения температур от до и от до,. Величины и можно определить по таблицам приложения соответственно при средней температуре горячего теплоносителя
(3)
и холодного носителя
(4)
где: температура горячего теплоносителя на выходе из теплообменника, С;
температура холодного теплоносителя на выходе из теплообменника,C.
4. Определение коэффициента теплопередачи
В основу расчёта коэффициентов теплоотдачи между теплоносителями и поверхностью стенки положены критериальные уравнения, полученные в результате обработки многочисленных экспериментальных данных и обобщения их на основе теории подобия.
