Типы взаимодействий между потоками

1.3.1. Теплообмен

Под теплообменом понимается взаимодействие между средами, вызываемое нали­чием разности температур. Такое взаимодействие является наиболее общим слу­чаем для ТОА.

Теплообмен между потоками теплоносителей в ТОА обычно происходит без их непосредственного контакта - между потоками размещается твердая стенка.

Теплообмен может происходить также и при прямом контакте жидкостей, напри­мер когда одним теплоносителем является горячая вода, а другим - холодный воз­дух (градирни тепловых электростанций).

В некоторых случаях теплотой с потоком жидкости обмениваются твердые час­тицы. В таком теплообменнике с псевдоожиженым слоем горячий газ может прохо­дить вверх через плотное облако твердых частиц, которые хотя и пребывают в постоянном хаотическом движении, однако не уносятся потоком вследствие дей­ствия гравитационных сил. Эти частицы бомбардируют твердые поверхности, нахо­дящиеся в этом слое (например, трубы с охлаждающей водой), и передают им теп­лоту, одновременно интенсифицируя теплообмен между поверхностью твердой стен­ки и газом за счет разрушения теплового пограничного слоя.

Существуют и другие способы передачи теплоты.

1.3.2. Совместный тепло- и массообмен

Непосредственный контакт теплоносителей создает возможность осуществления между ними массообмена. Часто массообмен происходит при испарении части жид­кости или конденсации одного из компонентов газового потока. Первый процесс наблюдается в упоминавшихся градирнях, последний - в некоторых аппаратах по удалению влаги.

Фазовые переходы часто сопровождаются значительными тепловыми эффектами, связанными со скрытой теплотой фазового перехода, что существенно сказывается неэффективность работы ТОА.

Варианты изменений температур теплоносителей

1.4.1. ТОА на однофазных теплоносителях

Чаще всего в ТОА каждый теплоноситель покидает аппарат, оставаясь в том же фазовом состоянии, что и на входе в него. В результате температура горячего теплоносителя уменьшается, а температура холодного увеличивается.

Часто изменение температуры пропорционально переданной теплоте.

На рис. 6 показано изменение температур теплоносителей для прямоточной и противоточной схем движения.

Рис.6. Изменение температур теплоносителей в прямоточном (а) и противоточном (б) ТОА

Лучшее, что может быть достигнуто при прямотоке, это близость выходных значений температур. В случае противотока выходная температура одного из теп­лоносителей приближается к входной температуре второго.

При перекрестном течении теплоносителей нельзя так просто проиллюстриро­вать изменение температур в ТОА, поскольку температура даже в идеальном слу­чае не является функцией только расстояния.

1.4.2. Котлы и конденсаторы

В ТОА данного типа существенную роль играет изменение фазового состояния одного из теплоносителей. В области, фазового перехода температура практически не изменяется и этим изменением можно пренебречь. Температура будет изме­няться только в процессе подогрева теплоносителя до состояния насыщения и да­лее в процессе пароперегрева. Такой случай изменения температур (Рис.7) имеет место в парогенераторах.

Рис. 7. Изменение температур в парогенераторе (движение теплоносителей прямоточное)

В большой степени сказанное выше относится и к конденсаторам.

1.4.3. Общий случай

В общем случае температуры теплоносителей изменяются нелинейно. Причем не­линейность изменения температуры может быть весьма значительной.

Эти нелинейности, также как и изменение в пространстве ТОА коэффициента теплопередачи, ограничивают возможность аналитического подхода к расчету ТОА.