Что такое теплообменник и как они работают?

Теплообменник — это устройство, которое обеспечивает быструю и эффективную передачу тепла от одной среды к другой. Он используется для нагрева или охлаждения определенной среды, используя другую, находящуюся поблизости. Процесс основан на фундаментальной науке о потоке тепла; от горячей к холодной среде. В то время как любой может снизить или повысить температуру среды; используя физический контакт или смешивание с другой средой. Теплообменник обеспечивает передачу тепла без фактического контакта между ними.

В основном он состоит из отдельных элементов с высокой теплопроводностью, которые служат элементом для передачи тепла. Они разделяют две жидкости друг от друга, обеспечивая при этом эффективную передачу тепла. Независимо от формы теплообменника, фактическая теплопередача происходит в ответ на относительный поток жидкости в этих отдельных элементах. Теплообменник может иметь параллельное, встречное или поперечное расположение потоков; для эффективного теплообмена между средой.

При противотоке две среды протекают в противоположных направлениях друг к другу в отдельных трубках или сегментах. Из-за их противоположного, но параллельного направления потока его также называют типом параллельного потока. Хотя метод хорошо известен своей высокой эффективностью, он используется там, где нам нужно добиться значительного изменения температуры в рекордно короткие сроки. Параллельный поток с другой стороны имеет встречный поток, при котором одна среда течет слева направо, а другая движется сверху вниз.

Из-за направления потока его также называют встречным типом потока. Аналогично, когда теплообменник имеет расположение где; две среды обмениваются теплом, пересекая друг друга под углом 90 градусов. Метод потока называется перекрестным типом потока с эффективностью; между двумя другими методами.

Типы теплообменников и их работа

Теплообменник здесь может быть разных размеров, форм и типов. В то время как его можно классифицировать на различные подтипы, в том числе; кожухотрубный, пластинчатый, тип прямого контакта, генерируемый теплом, тип впрыска штока, тип мокрой поверхности с вращающимся и возвратно-поступательным регенеративным теплообменником. Но в различных отраслях промышленности в основном используются только три основных типа: кожухотрубный, пластинчатый и регенеративный теплообменники.

Базовая конструкция кожухотрубного теплообменника

1) Кожухотрубный теплообменник

Кожухотрубный теплообменник, совместимый со всеми видами жидкостей, включая газ, является наиболее часто используемым устройством в различных отраслях промышленности. Он состоит из двух основных частей; большого сферического кожуха с несколькими трубками, проходящими внутри. Типичный кожухотрубный теплообменник может иметь трубки, идущие с одной стороны на другую, или загибаться внутрь, образуя U-образный контур.

Самая простая конструкция кожухотрубного теплообменника — это теплообменник с трубками, приваренными к корпусу. Он наиболее экономичен и позволяет перемещать жидкость с одной стороны корпуса на другую. Кроме того, он позволяет проводить ручную очистку внутренних трубок наряду с обычными процедурами химической очистки.

Две жидкости текут по трубам и окружающей оболочке; при этом тепло течет от среды в трубах к среде в оболочке или наоборот. Точки входа и выхода среды оболочки называются; впускные и выпускные патрубки для оболочки. С другой стороны, точки входа и выхода труб называются соответственно передним и задним коллектором.

Трубы, используемые в его конструкции, должны быть теплопроводными и выдерживать тепловые нагрузки; из-за изменения температуры по ширине поверхности трубы. Кроме того, труба должна выдерживать тепловое расширение при изменении температуры. Кроме того, труба должна быть прочной, устойчивой к коррозии и совместимой с жидкой средой. Материал этих трубок должен быть таким, чтобы при нормальных условиях он не вступал в реакцию с этими жидкостями.

Принцип работы

Теплообменник работает по простому принципу второго закона термодинамики; тепловой поток от тела к другому в зависимости от их разницы температур. Тепло в естественном состоянии будет переходить от горячего тела к более холодному. В теплообменниках кожухотрубного типа охлаждающая среда, будь то вода, пар, этанол или полипропиленгликоль, пропускается по трубам внутри корпуса. С другой стороны, среда, подлежащая охлаждению вокруг этих трубок внутри оболочки.

В большинстве случаев охлаждающая среда, скажем, морская вода, поступает из нижнего или заднего коллектора в зависимости от конструкции; для выхода из верхнего или переднего коллектора, проходящего через алюминиевые латунные трубки. Аналогично, охлаждающая среда, скажем, смазочное масло, поступает через впускное сопло и выходит через выход, проходя через перегородки внутри корпуса. Эти перегородки помогают повысить эффективность, создавая турбулентность в потоке, предотвращая образование горячих и холодных карманов в среде.

Он также может иметь параллельное, встречное или поперечное расположение потоков в зависимости от конструкции и требований. Температура выходящей текучей среды регулируется с помощью перепускного клапана; увеличивая или уменьшая поток охлаждающей среды. Аналогично для защиты текучей среды от перемешивания из-за утечки; давление охлаждающей среды поддерживается ниже, чем давление охлаждаемой текучей среды. Это предотвращает загрязнение жидкости, такой как смазочное масло, даже в случае любой утечки.

пластинчатый теплообменник

2 ) Теплообменник пластинчатого типа

Теплообменник пластинчатого типа передает тепло от одной среды к другой с помощью идентичных тонких пластин, изготовленных из титана или нержавеющей стали. Они удерживаются вместе с помощью тонкого зазора, поддерживаемого материалом прокладки из резины и асбестового волокна. Они очень компактны и имеют дополнительное преимущество переменной производительности.

Благодаря своей простой конструкции и большой площади поверхности; его легко чистить и эксплуатировать с более высокой эффективностью, чем кожухотрубный теплообменник. В основном он состоит из шести основных частей, а именно: прижимной пластины, каркасной пластины, направляющей планки, пакета пластин и опорной стойки. При объединении вместе они образуют теплообменник пластинчатого типа; он состоит из пакета пластин, изготовленных из гофрированных металлических пластин с отверстиями для прохода текучей среды.

Пакет пластин удерживается на месте парой пластин; та, которая неподвижна, называется рамной пластиной, а та, которая может двигаться, называется прижимной пластиной. Даже количество пластин в пакете пластин не является фиксированным, а определяется такими факторами, как; расход, перепад давления, рабочая температура, типы жидкости и стоимость установки.

Одна металлическая пластина может иметь высокий или низкий рисунок тетра, что способствует эффективному теплообмену между жидкостями. Эти типы гофрированных конструкций создают турбулентность в потоке, создавая гораздо лучший теплообмен между двумя средами. Полная сборка пакета пластин такова, что горячая среда течет по одной стороне пластины, а холодная — по другой. Для лучшего теплообмена между средой через металлическую пластину; жидкости текут в противоположном направлении.

Принцип работы

Теплообменник пластинчатого типа работает по простому принципу теплопроводности и второму закону термодинамики. В основном он состоит из набора пластин с четырьмя отверстиями для входа и выхода теплой и холодной среды. Эти теплые и холодные среды протекают по альтернативным каналам; с разными средами на противоположных сторонах пластины. Прокладка вдоль гофрированной пластины защищает среду от перемешивания или перетекания на другую сторону пластины.

Две текучие среды в системе движутся по встречному пути; одна жидкость поступает сверху, а выходит снизу, а другая поступает снизу и выходит сверху. Скорость потока регулируется в системе, чтобы избежать негативных последствий турбулентного потока, таких как эрозия. Тип и длина пластины выбираются в соответствии с требованиями as; скорость теплообмена и его эффективность зависят от размера и толщины металлической пластины.

С помощью серии пластин, собранных вместе с очень мелким зазором; по обе стороны металлической пластины образуется тонкий слой жидкости. Это обеспечивает большую площадь поверхности для теплообмена. Пластина может иметь различную рифленую структуру на пластинах в зависимости от требуемой эффективности расхода и разницы температур между жидкостями. При правильной эксплуатации можно добиться надлежащей теплопередачи с помощью пластинчатого теплообменника с разницей температур всего в один градус.

Оставьте комментарий

Яндекс.Метрика