Характеристики конструкции теплообменника

Все теплообменники работают по одним и тем же основным принципам. Однако эти устройства можно классифицировать и классифицировать несколькими различными способами на основе их конструктивных характеристик. Основные характеристики, по которым теплообменники можно классифицировать, включают:

  • Конфигурация потока
  • Метод строительства
  • Механизм теплопередачи

Конфигурация потока

Конфигурация потока, также называемая расположением потока, теплообменника относится к направлению движения жидкостей внутри теплообменника по отношению друг к другу. Существует четыре основных конфигурации потока, используемых теплообменниками:

  • Одновременный поток
  • Противоточный поток
  • Поперечный поток
  • Гибридный поток

Одновременный поток

Теплообменники здесь с параллельным потоком, также называемые теплообменниками с параллельным потоком, представляют собой теплообменные устройства, в которых жидкости движутся параллельно и в одном направлении друг с другом. Хотя такая конфигурация обычно приводит к более низкой эффективности, чем противоточное устройство, она также обеспечивает максимальную равномерность нагрева по стенкам теплообменника.

Противоточный поток

Теплообменники с противоточным потоком, также известные как теплообменники с противоточным потоком, сконструированы таким образом, что жидкости движутся антипараллельно (т.Е. Параллельно, но в противоположных направлениях) друг к другу внутри теплообменника. Наиболее часто используемая из конфигураций потока, противоточная система, как правило, обладает наибольшей эффективностью, поскольку она обеспечивает наибольший теплообмен между текучими средами и, следовательно, наибольшее изменение температуры.

Поперечный поток

В теплообменниках с поперечным потоком жидкости текут перпендикулярно друг другу. Эффективность теплообменников, в которых используется эта конфигурация потока, находится между эффективностью противоточных и противоточных теплообменников.

Гибридный поток

Теплообменники с гибридным потоком демонстрируют некоторую комбинацию характеристик ранее упомянутых конфигураций потока. Например, в конструкциях теплообменников может использоваться несколько каналов и устройств (например, как противоточные, так и поперечные) в одном теплообменнике. Эти типы теплообменников обычно используются с учетом ограничений конкретного применения, таких как площадь, бюджетные затраты или требования к температуре и давлению.

На рисунке 1 ниже показаны различные доступные конфигурации потока, включая конфигурацию с перекрестным / встречным потоком, которая является примером конфигурации с гибридным потоком.

Рисунок 1 – Конфигурации потока теплообменника

 

технологическая схема теплообменника, иллюстрирующая различные доступные конфигурации потока в теплообменнике, включая схемы с параллельным, противоточным, перекрестным и гибридным потоком.

 

Метод строительства

В то время как в предыдущем разделе теплообменники были классифицированы на основе типа используемой конфигурации потока, в этом разделе они классифицируются на основе их конструкции. Конструктивные характеристики, по которым можно классифицировать эти устройства, включают:

  • Рекуперативный против регенеративного
  • Прямой или косвенный
  • Статические и динамические
  • Типы используемых компонентов и материалов

Рекуперативный против Регенеративный

Теплообменники можно классифицировать как рекуперативные теплообменники и регенеративные теплообменники.

Разница между рекуперативными и регенеративными системами теплообменников заключается в том, что в рекуперативных теплообменниках (обычно называемых рекуператорами) каждая жидкость одновременно протекает по своему каналу внутри теплообменника. С другой стороны, регенеративные теплообменники, также называемые емкостными теплообменниками или регенераторами, попеременно пропускают более теплые и более холодные жидкости через один и тот же канал. Рекуператоры и регенераторы могут быть дополнительно разделены на различные категории теплообменников, такие как прямые или косвенные и статические или динамические, соответственно. Из двух указанных типов рекуперативные теплообменники чаще всего используются в промышленности.

Прямой против Косвенный

В рекуперативных теплообменниках для обмена теплом между текучими средами используются процессы прямого или косвенного контактного переноса.

В теплообменниках с прямым контактом жидкости не разделяются внутри устройства, а тепло передается от одной жидкости к другой при непосредственном контакте. С другой стороны, в теплообменниках непрямого нагрева жидкости остаются отделенными друг от друга теплопроводными компонентами, такими как трубки или пластины, на протяжении всего процесса теплопередачи. Компоненты сначала получают тепло от более теплой жидкости, когда она проходит через теплообменник, а затем передают тепло более холодной жидкости по мере ее прохождения. Некоторые из устройств, в которых используются процессы прямого контактного переноса, включаютградирни и паровые инжекторы, в то время как устройства, использующие непрямой контакт, включают трубчатые или пластинчатые теплообменники.

Статические и Динамический

Существует два основных типа регенеративных теплообменников — статические теплообменники и динамические теплообменники. В статических регенераторах (также известных как регенераторы с неподвижным слоем) материал и компоненты теплообменника остаются неподвижными, когда жидкости протекают через устройство, в то время как в динамических регенераторах материал и компоненты перемещаются в процессе теплопередачи. Оба типа подвержены риску перекрестного загрязнения между потоками жидкости, что требует тщательного проектирования при производстве.

В одном примере статического типа более теплая жидкость проходит через один канал, в то время как более холодная жидкость проходит через другой в течение определенного периода времени, в конце которого, благодаря использованию быстродействующих клапанов, поток меняется на противоположный, так что две жидкости переключают каналы. В примере динамического типа обычно используется вращающийся теплопроводящий компонент (например, барабан), через который непрерывно протекают более теплые и более холодные жидкости, хотя и в отдельных герметичных секциях. При вращении компонента любая заданная секция попеременно проходит через более теплый пар и более холодные потоки, что позволяет компоненту поглощать тепло из более теплой жидкости и передавать тепло более холодной жидкости по мере прохождения. На рисунке 2 ниже показан процесс теплопередачи в регенераторе роторного типа с конфигурацией противоточного потока.

Рисунок 2 – Теплопередача в регенераторе роторного типа

 

Схема, изображающая передачу тепла в регенераторе роторного типа с конфигурацией противоточного потока.

 

Компоненты и материалы теплообменника

Существует несколько типов компонентов, которые могут использоваться в теплообменниках, а также широкий спектр материалов, используемых для их изготовления. Используемые компоненты и материалы зависят от типа теплообменника и его предполагаемого применения.

Некоторые из наиболее распространенных компонентов, используемых для изготовления теплообменников, включают оболочки, трубы, спиральные трубы (змеевики), пластины, ребра и адиабатические колеса. Более подробная информация о том, как эти компоненты функционируют в теплообменнике, будет представлена в следующем разделе (см. Типы теплообменников).

В то время как металлы очень подходят и широко используются для изготовления теплообменников из—за их высокой теплопроводности, как в случае теплообменников из меди, титана и нержавеющей стали, другие материалы, такие как графит, керамика, композиты или пластмассы, могут предложить большие преимущества в зависимости от требованийприменение теплопередачи.

Рисунок 3 – Классификация теплообменников по конструкции

материал конструкции теплообменника - схема классификации теплообменников по конструктивным характеристикам, включая рекуперативный и регенеративный, непрямой и непрямой, статический и динамический.
Примечания: * Теплообменные устройства, перечисленные под классификацией конструкций, являются лишь небольшой выборкой из доступных.

Механизм теплопередачи

Существует два типа механизмов теплопередачи, используемых теплообменниками — однофазный или двухфазный теплообмен.

В однофазных теплообменниках жидкости не претерпевают никаких фазовых изменений на протяжении всего процесса теплопередачи, что означает, что как более теплые, так и более холодные жидкости остаются в том же состоянии вещества, в котором они поступили в теплообменник. Например, при теплообмене вода-вода более теплая вода теряет тепло, которое затем передается более холодной воде и не превращается в газ или твердое вещество.

С другой стороны, в двухфазных теплообменниках жидкости испытывают фазовый переход в процессе теплопередачи. Фазовый переход может происходить в одной или обеих задействованных жидкостях, что приводит к переходу из жидкого состояния в газообразное или из газа в жидкость. Как правило, устройства, в которых используется двухфазный механизм теплопередачи, требуют более сложных конструктивных решений, чем устройства, в которых используется однофазный механизм теплопередачи. Некоторые из доступных типов двухфазных теплообменников включают котлы, конденсаторы и испарители.

Оставьте комментарий

Comments links could be nofollow free.

Яндекс.Метрика