7. Методика розрахунку теплообмінників

7.1. Класифікація теплообмінних апаратів

Теплообмінники - це пристрої, в яких теплота переходить від одного середовища до другого.

Теплообмін між теплоносіями є одним з найбільш важливих і часто використовуємих в техніці процесів.

По принципу дії теплообмінні апарати можуть бути розділені на рекуперативні, регенераторні і змішувальні.

Рекуперативні теплообмінні апарати являють собою пристрої, в яких дві рідини з різними температурами течуть у просторі, розділеному твердою стінкою. Теплообмін відбувається за рахунок конвекції і теплопровідності стінки, а якщо хоч одна з рідин є випромінюючим газом, то і за рахунок теплового випромінення (котли, підігрівачі, конденсатори, випарні апарати та інші).

Регенератори - такі теплообмінні апарати в яких одна і таж поверхня нагріву через певні проміжки часу омивається то гарячою, то холодною рідиною. Спочатку поверхня регенератора відбирає теплоту від гарячої рідини і нагрівається, потім поверхня регенератора віддає енергію холодній рідині. Таким чином, в регенераторах теплообмін завжди відбувається при нестаціонарних умовах, тоді як рекуперативні теплообмінні апарати більшою частиною працюють в стаціонарному режимі.

Так як в регенеративних і рекуперативних апаратах процес передачі теплоти неминуче пов’язаний з поверхнею твердого тіла, то їх ще називають поверхневими.

В змішувальних апаратах теплопередача здійснюється при безпосередньому контакті і змішувані гарячої і холодної рідин.

(Приклад: градирня теплових електричних станцій, в градирнях вода охолоджується атмосферним повітрям. Повітря безпосередньо дотикається води і перемішується з паром, виникаючим з-за часткового випаровування води).

З теплотехнічної точки зору всі апарати мають одне призначення - передавати теплоту від одного теплоносія до іншого або поверхні твердого тіла до рухомих теплоносіїв. Це і визначає ті загальні положення, які лежать в основі теплового розрахунку будь-якого теплообмінного апарату.

Проектні (конструктивні) теплові розрахунки виконуються при проектуванні нових апаратів, метою розрахунку є визначення поверхні теплообміну.

Перевірочні теплові розрахунки виконуються у випадку, якщо відома поверхня нагріву теплообмінного апарату і слід визначити кількість переданої теплоти і кінцеві температури робочих рідин.

Тепловий розрахунок звично включає:

• вибір конструкції апарату, визначальних розмірів, швидкостей, місця руху теплоносіїв:

«Куди ж направити той чи інший теплоносій?»

Вибір здійснюється, виходячи з необхідності покращення умов тепловіддачі зі сторони теплоносія з більшим термічним опором. Тому рідину (або газ), витрати якої менші, або яка має більшу в’язкість , рекомендують направляти в той простір, де її швидкість буде більшою, наприклад в трубний.

В трубний простір також направляються:

- теплоносії, які мають забруднення

- хімічно – активні речовини(не треба витрачати кошти на виготовлення дорогих корпусів, наприклад із нержавіючої сталі).

Слід відмітити, що при русі гріючої рідини в трубах зменшуються втрати тепла в навколишнє середовище.

• визначення теплового навантаження і витрат теплоносіїв;

• розрахунок параметрів температурного режиму процесу теплообміну;

• вибір фізичних параметрів теплоносіїв;

• визначення коефіцієнту теплопередачі;

• вирахування площі поверхні теплообміну.

Тепловий розрахунок повинен бути пов’язаний з конструктивним і гідравлічним розрахунками.