Классификация теплообменных аппаратов

Теплообменным аппаратом называется устройство, предназначенное для передачи тепла от одного теплоносителя другому.

По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на четыре группы:

1) рекуперативные;

2) регенеративные;

3) смесительные;

4) с внутренними источниками тепла.

Рекуперативные теплообменные аппараты представляют собой устройства, в которых две жидкости с различными температурами движутся в пространстве, разделённом твёрдой стенкой. Процесс передачи тепла в них происходит за счёт конвекции и теплопроводности стенки, а также излучения в том случае, когда теплоносителем является излучающий газ. Примером таких аппаратов являются водонагреватели, отопительные приборы, воздухонагреватели и т. д.

Регенераторы – такие теплообменные аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева через определённые промежутки времени омывается то горячей, то холодной жидкостью. Сначала поверхность регенератора отбирает теплоту от горячей жидкости и нагревается, затем в другой промежуток времени поверхность регенератора отдаёт энергию холодной жидкости. Следовательно, теплообмен в регенераторах осуществляется в нестационарных условиях. Примером таких аппаратов могут служить воздухоподогреватели мартеновских и доменных печей, теплообменники – теплоутилизаторы с вращающейся насадкой и т.д.

В смесительных аппаратах теплопередача осуществляется при непосредственном контакте и смешении горячей и холодной жидкостей. К ним относятся различные смесительные нагреватели – водоструйные, пароструйные и т.д.

В теплообменниках с внутренними источниками тепла применяются не два как обычно, а один теплоноситель, который получает теплоту, выделенную в самом аппарате. Примером таких аппаратов могут служить ядерные реакторы, электронагреватели и другие устройства.

В основу классификации теплообменников может быть положен способ компоновки теплопередающей поверхности или же ее конфигурация: теплообменники типа «труба в трубе», кожухотрубчатые, с прямыми трубками, змеевиковые, пластинчатые, ребристые и т.д.

По относительному движению теплоносителей рекуперативные теплообменники разделяют на прямоточные, противоточные, перекрёстно-точные и со смешанным направлением движения теплоносителей.

Если в теплообменном аппарате первичный (горячий) и вторичный (холодный) теплоносители движутся параллельно в одном направлении, то такая схема движения называется прямоточной (рис. 1.1 а). Если теплоносители протекают параллельно, но в противоположных направлениях, то такая схема движения называется противоточной (рис. 1.1 б). Если жидкости движутся во взаимно перпендикулярных направлениях, то такая схема называется перекрёстно-точной (рис. 1.1 в). Помимо таких простых схем движения осуществляются и более сложные, например, многократно перекрёстно-точные (рис. 1.1 г).

Рис. 1.1 Схемы движения теплоносителей в теплообменниках:

а – прямоток;

б – противоток;

в – перекрёстный ток;

г – многократный перекрёстный ток

На рис. 1.2 представлены графики изменения температур теплоносителей для различных схем движения теплоносителей.

Рис. 1.2 Графики изменения температур теплоносителей

по длине теплообменника:

а – при прямоточной схеме движения теплоносителей;

б – при противоточной;

в – при прямоточной схеме движения теплоносителей с одним конденсирующимся теплоносителем

Контрольные вопросы

1. Что называется теплообменным аппаратом?

2. На какие группы делятся теплообменные аппараты?

3. Какие теплообменные аппараты относятся к рекуперативным?

4. Приведите примеры рекуперативных теплообменных аппаратов.

5. По каким схемам осуществляется движение теплоносителей в рекуперативных теплообменных аппаратах?

6. Какие теплообменные аппараты относятся к регенеративным?

7. Укажите область применения регенеративных теплообменных аппаратов.

8. Приведите примеры смесительных теплообменных аппаратов.

9. Укажите область применения теплообменников с внутренними источниками тепла в системах ТГВ.