Лабораторная работа № 5 испытание теплообменника

Цель работы: Ознакомиться с устройством и работой некоторых специальных видов теплообменников, а также с методикой испытания теплообменника.

Задание:

1. Изучить раздели теории теплообмена, связанные с теплообменниками.

2. Ознакомиться с выставочными промышленными теплообменниками и теплообменными поверхностями. Определить типы ТА, количество ходов теплоносителей.

3. Провести испытание теплообменного аппарата. Определить его характеристики.

5. Решить аттестационную задачу.

5. Составить отчет по выполненной работе.

Классификация теплообменных аппаратов

Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому с целью осуществления различных тепловых процессов (нагревания, кипения, конденсации и т.д.).

Теплоноситель, имеющий более высокую температуру, называется первичным (горячим), а обладающий более низкой температурой и воспринимающий тепло – вторичным (холодным).

Все теплообменные аппараты по способу передачи теплоты могут быть разделены на две большие группы: поверхностные и контактные.

В контактных теплообменных аппаратах передача теплоты происходит при непосредственном контакте двух теплоносителей: горячего и холодного. При этом теплообмен может сопровождаться массообменом. Контактные теплообменники подразделяются на смесительные и барботажные.

В аппаратах смесительного типа нагретые и менее нагретые теплоносители перемешиваются и образуют растворы или смеси.

В аппаратах барботажного типа более нагретый теплоноситель прокачивается через массу менее нагретого, или наоборот, при этом теплоносители не смешиваются.

В поверхностных теплообменниках оба теплоносителя отделены один от другого твердой стенкой или поочередно контактируют с одной и той же стенкой, которая участвует в процессе теплообмена и образует так называемую поверхность теплообмена.

Поверхностные теплообменники разделяются на рекуперативные и регенеративные.

В рекуперативных аппаратах процессы теплообмена обычно стационарные: одна сторона поверхности теплообмена все время омывается горячим теплоносителем, а другая сторона – холодным. Тепло от одного теплоносителя к другому передается через разделяющую их стенку из теплопроводного материала. Направление теплового потока в стенке остается неизменным.

В регенеративных аппаратах одна и та же поверхность теплообмена попеременно омывается то одним, то другим теплоносителем. При контакте с первичным теплоносителем в стенках аккумулируется тепло, которое в период охлаждения отдается вторичному теплоносителю. Направление теплового потока в стенках периодически меняется.

Наибольшее распространение в авиации и других областях техники получили рекуперативные теплообменники. Они могут быть классифицированы по следующим признакам:

1) по роду теплоносителей в зависимости от их агрегатного состояния (рис.5.1);

2) по конфигурации поверхности теплообмена: трубчатые аппараты с прямыми трубками, с U-образным трубным пучком, пластинчатые, змеевиковые, ребристые;

3) по компоновке поверхности нагрева: тип «труба в трубе»; кожухо-трубчатые аппараты; оросительные аппараты (не имеющие ограничивающего корпуса).

Рис. 5.1. Классификация ТА по агрегатному состоянию теплоносителей

Все теплообменные аппараты поверхностного типа можно классифицировать по виду взаимного направления потоков теплоносителей:

1) прямоточные (прямотоки), когда оба теплоносителя движутся параллельно в одном направлении (рис. 5.2,а);

2) противоточные (противоток), когда оба теплоносителя движутся в противоположных направлениях (рис. 5.2,б);

3) с перекрестным током – теплоносители движутся во взаимно-перпендикулярных направлениях. Перекрестный ток может быть однократным (рис. 5.2, в) и многократным (рис. 5.2, д);

4) с более сложными схемами различного сочетания прямотока, противотока и перекрестного тока (рис. 5.2, е, ж).

Рис. 5.2. Схемы тока теплоносителей:

а – прямоток; б – противоток; в – перекрестный ток; г – смешанный ток; д – многократный перекрестный ток; e, ж – сложные схемы

К рекуперативным теплообменникам можно отнести также теплообменники с промежуточным теплоносителем. В теплообменниках с принудительной циркуляцией промежуточного теплоносителя имеется замкнутый контур, через который насосом прокачивается жидкость. Часть этого контура расположена в зоне горячего теплоносителя, часть – в зоне холодного. Эти зоны могут находиться на некотором расстоянии одна от другой.

Разновидностью теплообменника с промежуточным теплоносителем является теплообменник на тепловых трубах, представляющий собой пучок тепловых труб, разделенных герметичной перегородкой на горячую и холодную зоны теплообменника (рис. 5.3). В отличие от обычного теплообменника, промежуточный теплоноситель в нем изменяет фазовое состояние (процессы испарения и конденсации). Роль насоса здесь выполняет капиллярная структура, либо силы гравитации.

Рис. 5.3. Тепловая труба: 1 - тонкостенный металлический сосуд; 2 – капиллярно-пористый материал – фитиль; 3 – внутренний объём, свободный от фитиля, является паровым каналом