Классификация теплообменных аппаратов по принципу работы
По принципу работы ТА подразделяют на:
1.1 Рекуперативные, в которых теплоносители разделены в пространстве, и теплообмен между ними проходит через разделительную стенку. Например, ТА для подогрева воды в системах ГВ.
1.2 Регенеративные. В регенеративных ТА теплоносители разделены во времени. Греющий теплоноситель, проходя через аккумулирующее устройство, нагревает его. И это аккумулирующее устройство периодически отдает теплоту нагреваемому теплоносителю. Например, регенеративный воздухоподогреватель в нагревательных колодцах, мартеновских печах и т.д. Причем, для непрерывной подачи воздуха необходима установка как минимум 2-х регенераторов.
Известны два основных типа регенераторов:
- твердый материал насадки остается неподвижным, а через него попеременно проходит то греющий, то нагреваемый теплоносители.
- твердая насадка постоянно вращается и поочередно проходит отсеки, через которые пропускается греющий и нагреваемый теплоносители.
1.3 Смесительные. В смесительных ТА передача теплоты от греющего теплоносителя нагреваемому происходит при непосредственном их смешении. Например, смешивающие конденсаторы.
По схеме движения теплоносителей
Одной из основных характеристик конструкции ТА является тип относительного движения потоков теплоносителей, т.е. взаимная геометрия течений греющего и нагреваемого теплоносителей.
Приведенное ниже описание конфигураций течений представляет некоторую идеализацию реальных ситуаций.
2.1 Противоток
В противоточных теплообменниках два теплоносителя движутся параллельно друг другу, но в противоположных направлениях. Противоточные ТА наиболее эффективны, т.к. обеспечивают наилучшее использование температурного напора, и в них может быть достигнуто наибольшее изменение температуры каждого теплоносителя.
|
|
Рисунок 10.1 Схема противоточного ТА
2.2 Прямоток
В прямоточных теплообменниках – движение теплоносителей параллельное, однонаправленное.
|
Рисунок 10.2 Схема прямоточного ТА
Располагаемая разность температур теплоносителей (температурный напор) в таких теплообменниках используется хуже, чем в противоточных.
Если определяющим параметром при проектировании жидкостно-жидкостных ТА является эффективность передачи теплоты, то прямоток не применяют. Однако следует отметить, что температура теплопередающей стенки в таких ТА оказывается более однородной, чем в противоточных.
Направление тока теплоносителей в парожидкостных ТА можно выбирать любым. Поскольку в теплообменниках с изменением агрегатного состояния хотя бы одного из теплоносителей направление тока не имеет существенного значения. Один из теплоносителей имеет практически постоянную температуру (температуру насыщения), поэтому прямоток и противоток равнозначны и среднее значение температурного напора не зависит от схемы движения потоков.
2.3 Перекрестный ток
Два теплоносителя движутся под прямым углом друг к другу. Например: первый поток может течь внутри труб, собранных в пучек, а второй поток движется в межтрубном пространстве в направлении, которое в целом является перпендикулярным оси труб.
По эффективности эти ТА занимают промежуточное положение между ТА с противотоком и прямотоком.
|
Рисунок 10.3 Схема ТА с перекрестным током
Из практических соображений, связанных с подачей теплоносителей к поверхности теплообмена, такой аппарат сконструировать проще, чем указанные выше.
2.4 Перекрестный ток с противотоком
Конфигурация течения теплоносителей в реальных теплообменных аппаратах, например кожухотрубных, соответствует приблизительно этой схеме.
Рисунок 10.4 Схема ТА с перекрестным током с противотоком
Теплообменники со смешанным течением теплоносителей (перекрестный ток с противотоком) являются компромиссным решением между требованием высокой эффективности аппарата и простотой конструкции. Причем чем больше ходов в таком теплообменном аппарате, тем он ближе по эффективности к противоточным ТА.
2.5 Многоходовое течение в межтрубном пространстве и в трубах
В пределах одного теплообменного аппарата можно осуществить комбинацию некоторых черт, свойственных теплообменникам с прямоточным и противоточным параллельным движением теплоносителей.
Рисунок 10.5 Схема ТА с многоходовым течением теплоносителя в межтрубном пространстве и в трубах
Это достигается поворотом труб внутри единого корпуса. Такой эффект может быть достигнут и при применении прямых труб, если соответствующим образом организовать коллекторы.
Такая организация движения теплоносителей может упростить конструкцию аппарата, поскольку отверстия для прохода труб можно выполнить с одной стороны.
2.6 Схемы течения при разделенном во времени теплообмене греющей и нагреваемой сред (в регенераторах)
Регенеративные ТА, так же как и рекуперативные могут быть выполнены с прямоточным, противоточным и перекрестным течением теплоносителей. Регенераторы это аппараты периодического действия, которые устроены так, что два потока теплоносителей сменяют друг друга регулярным предопределенным образом.
Простейшим противоточным регенератором является прямая горизонтальная труба с устройством поворотных клапанов на концах (см. рис.6).
|
Рисунок 10.6 Простейший регенератор