Тема 1. Тепловой расчет рекуперативного теплообменного аппарата

Теплообменным аппаратом или теплообменником называется устройство, служащее для передачи теплоты от одной жидкости, называемой теплоносителем, к другой жидкости (теплоносителю). В качестве теплоносителей могут использоваться газы, капельные жидкости, жидкие металлы, запыленные потоки и т.д.

Виды теплообменных аппаратов. По принципу действия теплообменники подразделяются на три вида: рекуперативные, регенеративные и смесительные (контактные) [14].

Рекуперативные теплообменные аппараты – это теплообменники, в которых теплота от одного теплоносителя к другому передается через разделяющую их твердую стенку.

Регенеративные теплообменные аппараты – это теплообменники, в которых одна и та же поверхность омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При соприкосновении с горячим теплоносителем стенка аккумулирует теплоту, а затем отдает ее холодному теплоносителю. В качестве поверхностей в них используются теплоаккумулирующие насадки (неподвижные или подвижные). Характерная особенность регенеративного теплообменника – нестационарный режим теплообмена. Для того чтобы процесс теплообмена протекал непрерывно при одинаковой продолжительности периода нагрева и охлаждения, теплообменник должен иметь, как минимум, две параллельно работающие секции.

Смесительные (или контактные) теплообменные аппараты – это теплообменники, в которых передача теплоты от греющего теплоносителя к нагреваемому происходит при непосредственном их контакте. В смесительных теплообменниках используются такие теплоносители, которые легко разделяются после осуществления процесса теплообмена, например вода и воздух.

Из трех рассмотренных выше видов теплообменников наиболее широкое и разностороннее применение находят рекуперативные теплообменники. Поэтому ниже будем рассматривать расчет рекуперативных теплообменников.

Схемы движения теплоносителей. В зависимости от направления движения рекуперативные теплообменники подразделяют:

а) на прямоточные, если теплоносители движутся параллельно в одном направлении (рис., а);

б) противоточные, если теплоносители движутся параллельно, но в противоположных направлениях (рис., б);

в) сложные схемы движения теплоносителей, например с перекрестным током, если теплоносители движутся во взаимно-перпендикулярных направлениях. Встречаются и более сложные схемы движения теплоносителей.

На рис., в представлен случай, когда пар конденсируется при постоянной температуре, а другой теплоноситель нагревается. Для этого случая направление движения жидкости, которая нагревается, не имеет значения.

На рисунке показан кожухотрубный противоточный теплообменный аппарат типа «труба в трубе». В теплообменнике такого типа один

теплоноситель течет внутри труб, а другой теплоноситель прокачивается

в межтрубном пространстве.