Определение коэф-та теплопередачи проводится в проверочном расчете,который проводится с целью пригодности теплообменника.
1-в соответсвии с выбранным теплообменником определяют реальную схему движ-ия теплоносителя и если оба теплоносителя меняют свою температуру-уточняют среднюю разность температур: ∆tср=εt∆tср лог.2-вычисляем средние температуры тепоносителей: для теплонос.,у которых темпер-ра меньше-tм=(tм‘+tм“)/2,для второго- tб=tм±∆tср; +-если теплоноситель горячий, «-«-если холодный. 3-расчет уточненного коэф-та теплопередачи: F=Q/∆tсрK; K=f(α1, ,α2); α1=f(….,tст1), α2=f(…,tст2); =f(δст-толщина,λст-теплопроводность,rз1, rз2) число неизвстных больше числа уравнений.t1-средняя температура горячих теплоносителей; tст1-температура горячей пов-ти стенки; q1-плотность теплового потока стационарного теплообмена; tст2- температура холодной пов-ти стенки.
q1=α1(t1-tст1); qст=1/(tст1-tст2); q2=α2(tст2-t2);
Для условия стационарного теплообмена должно ваполняться условие: q1=qст=q2(из 1-го з-на термодинамики) t1>tст1>tст2>t2(из 2-го з-на)
4-задаемся tст: ) t1>tст1>t2; 5-при этом tст задается α1=f(…,tст1 ….); 6-рассчитываем q1=α1(t1-tст1); 7- принимаем qст= q1 и по ур-ию находим tст2: qст=1/(tст1-tст2); рассчитываем α2=f(…tст2…); 8- по ур-ию q2=α2(tст2-t2)рассчитываем плотность теплового потока q2. 9-проводим сравнение величин q1-q2 по зав-ти: (qmax-qmin)/qmin=εq-отклонеие значений; если εq<0.05расчет закончен → переходим к расчету коэф-та теплопередачи К,если больше,то возвращаемся в п.2.
Критерием проверки полученных коэф-тов явл-ся выполнение ряда условий. Они базируются на 2-ух началах термодинамики: 1-на з-не сохранения энергии q1= q2; 2- t1>tст1>tст2>t2
В результате вычислений м.б. t2>tст2,это допустимо. При ручных расчетах намного уменьшается трудоемкость применения допущений(графоаналитического метода): q1=f(tст1); q2=f(tст1)-линейные. При применении этого м-да примен. 1-ое приближение: 1) ; при 2) ; при - второе приближение. По рез-там вычислений строят масштабный график.
18. Типы теплообменных аппаратов .Поверхностные теплообменники. Кожухотрубный, спиральный, пластинчатый…
По принципу действия: 1) поверхностные, 2) смешения, 3) регенеративные. Поверхностные по конструктивному действию бывают: а) типа труба в трубе, б) кожухотрубные, в) спиральные, г) змеевиковые, д) пластинчатые. Теплообменники смешения: е)барботеры, ж) полочные, з) насадочные, и) распыливающие. Регенеративные: к) с движущейся насадкой, л) с неподвижной. Подробнее а): состоит из нескольких элементов расположенных один под другим,внутренние трубы одного элемента соединены с внутренними трубами другого, внешние аналогично. Для удобства их соединяют калачами или коленами. Достоинство: подбором диаметров труб можно обеспечить любую максимально допустимую скорость для веществ, участвующих в теплообмене и т.о. достигнуть ↑ коэфф. теплопередачи. б): для сравнительно больших поверхностей теплообмена. В кожухе приварены трубные решетки, в которых находится пучок труб. Бывают одноходовые и многоходовые (размещают горизонтально). В а) и б) теплоноситель подается в межтрубное пространство.в): пов-ть теплообмена образуется 2-мя свернутыми в спираль металлич. листами. Достоинства: компактность, большие коэфф. теплопередачи, меньшее гидравлич. сопрот. Недостатки: сложная конструкция.г):спиральносогнутаятруба. Достоинства: хороший коэфф. теплопередачи. Недостатки: ↑ гидравлич. сопрот., в нижней части скапливается конденсат, что приводит к ухудшению теплообмена. Исп. в агрессивных средах.
19.Кожухотрубчатые теплообменники.
Эти теплообменники относятся к числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников. На рис. VIII-11, а показан кожухотрубчатый теплообменник жесткой конструкции, который состоит из корпуса, или кожуха /, и приваренных к нему трубных решеток 2. В трубных решетках закреплен пучок труб 3. К трубным решеткам крепятся (на прокладках и болтах) крышки 4.
| Рис. VIII-11. Кожухотрубчатые однохо-довой (а) и многоходовой (б) теплообменники: |
Среды обычно направляют противотоком друг к другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло, — в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения ее плотности при нагревании или охлаждении. , .
Кроме того, при указанных направлениях движения сред достигается более равномерное распределение скоростей и идентичные условия теплообмена по площади поперечного сечения аппарата. В противном случае, например при подаче более холодной (нагреваемой) среды сверху теплообменника, более нагретая часть жидкости, как более легкая, может скапливаться в верхней части аппарата, образуя «застойные» зоны.
| / — корпус (обечайка); 2 — трубные решетки: 3 — трубы; 4 — крышки; 5 — перегородки в крышках; 6 — перегородки в межтрубном пространстве. |
20.Двухтрубчатые теплообменники.
Теплообменники этой конструкции, называемые также теплообменниками типа «труба в трубе», состоят из нескольких последовательно соединенных трубчатых элементов, образованных двумя концентрически расположенными трубами (рис. VI11-16). Один теплоноситель движется по внутренним трубам /, а другой — по кольцевому зазору между внутренними / й наружными 2 трубами. Внутренние трубы (обычно диаметром 57—108 мм) соединяются калачами 3, а наружные трубы, имеющие диаметр 76—159 мм, — патрубками 4.
| Рис. VII1-16. Двухтрубчатый теплообменник: / — внутренние трубы; 2 — наружные трубы; 3 — калач; 4 — патрубок. |
Вместе с тем эти теплообменники более громоздки, чем кожухотрубча-тые, и требуют большего расхода металла на единицу поверхности теплообмена, которая в аппаратах такого типа образуется только внутренними трубами.
Двухтрубчатые теплообменники могут эффективно работать при небольших расходах теплоносителей, а также при высоких давлениях. Если требуется большая поверхность теплообмена, то эти аппараты выполняют из нескольких параллельных секций.
21.Пластинчатые теплообменники
В пластинчатом теплообменнике (рис. V111-19) поверхность теплообмена образуется гофрированными параллельными пластинами /, 2, с помощью которых создается система узких каналов шириной 3—6 мм с волнистыми стенками. Жидкости, между которыми происходит теплообмен, движутся в каналах между смежными пластинами, омывая противоположные боковые стороны каждой пластины.
Пластина (рис. VII1-20) имеет на передней поверхности три прокладки. Большая прокладка J ограничивает канал для движения жидкости между пластинами, а также отверстия 2 и 3 для входа жидкости / в канал и выхода из него; две малые кольцевые прокладки 4 уплотняют отверстия 5 и 6, через которые поступает и удаляется жидкость//, движущаяся противотоком.
На рис. VIII-19 движение жидкости показано схематично пунктирной линией, а жидкости сплошной линией. Жидкость поступает через штуцер 3, движется по нечетным каналам (считая справа налево) и удаляется через штуцер. 4. Жидкость // подается через штуцер 5, движется по четным каналам и удаляется через штуцер 6.
| Рис. VII1-20. Пластина пластинчатого теплообменника: |
Вследствие значительных скоростей, с которыми движутся жидкости между -пластинами, достигаются высокие коэффициенты теплопередачи, вплоть до 3800 вт/м2 [3000 ккал/(м2-чград)\ при малом гидравлическом сопротивлении.
Рис. VI11-19. Схема пластинчатого теплообменника:
/ — четные пластины: 2 — нечетные пластины:
3, 4 — штуцера для входа и выхода теплоносителя /;
5, 6 — то же. для теплоносителя ;
7 — неподвижная головная плита; 8 — подвижная головная плита;
| /, 4 — прокладки; 2, 3 — отверстия для жидкости /; 5, 6 — отверстия для жидкости //. |
9 •— стяжное винтовое устройство.
22.Оребреные теплообменники
К числу компактных и эффективных теплообменников, созданных за последнее время, относятся разные конструкции теплообменных аппаратов с оребренными поверхностями. Применение оребрения со стороны теплоносителя, отличающегося низкими значениями коэффициентов теплоотдачи (газы, сильно вязкие жидкости), позволяет значительно повысить тепловые нагрузки аппаратов.
Помимо трубчатых теплообменников с трубами, имеющими поперечные ребра прямоугольного (рис. VII1-21, а) или трапециевидного сечения (рис. VI11-21, б), разработаны конструкции с продольными, плавниковыми, проволочными, игольчатыми непрерывными спиральными ребрами и др.
| Рис. VIII-21. Элементы оребренного теплообменника: а — прямоугольные ребра; 6 — трапециевидные ребра. |
Трубы с поперечными ребрами различной формы широко используются, в частности, в аппаратах для нагрева воздуха — калориферах (рис. VII1-22), а также в аппаратах воздушного охлаждения. При нагреве воздуха обычно применяют насыщенный водяной пар, поступающий в коллектор 1 и далее в пучок оребренных труб 2. Конденсат отводится из коллектора 3. Иногда используются продольные ребра, которые для турбулизации пограничного слоя (что особенно важно при ламинарном течении теплоносителя) на определенном расстоянии надрезаются.
Рис. VIII-22. Пластинчатый калорифер: Рис. VIII-23. Схема устройства пла-/ - коллектор для входа пара; 2 - ореб- стинчато-ребристого теплообменника, репная труба; 3 — коллектор для приема конденсата.
Конструкции оребреных теплообменников разнообразны. Схема устройства современного пластинчато-ребристого теплообменника, работающего по принципу противотока, приведена на рис. VII1-23. Теплообменники такого типа используются например, в низкотемпературных установках для разделения воздуха.