Мухачёв Г.А. Щукин В.К. - Термодинамика и теплопередача (1013614), страница 86
Текст из файла (страница 86)
При разработке тепловых труб кроме выбора основных размеров приходится решать вопросы, связанные с выбором вида теплоносителя и его количества, капиллярной структуры и конструкционных материалов. В высокотемпературных трубах в качестве теплоносителя используются расплавленные металлы, в средне- температурных — ртуть, сера, кремнийорганическне жидкости, в 44! (15.51) Качественная зависимость максимального теплового потока, обусловленного возможностями капиллярного насоса через низкотемпературную тепловую трубу, от средней температуры пара Т„показана на рис. 15.! 1 (линия  — Г).
Теплопроизводительность трубы может быть ограничена не только эффективностью капиллярного насоса, но и другими факторами. Так, при значительных скоростях движения пара ухудшение работы тепловой трубы может быть обусловлено срывом капель жидкости с поверхности капиллярной структуры и возвращением их в зону конденсатора. Это ограничение показано на рис.
15.11 (ли- Рис. 15.11 ния Б — В). Скорость движения пара ограничена скоростью звука, после достижения которой производительность тепловой трубы не может быть увеличена (рис. 15Л!, линия А — Б). Производительность трубы может быть также ограничена запариванием капиллярной структуры, которое приводит к его осушению и перегреву стенок трубы. Запаривание может возникнуть при очень интенсивном пузырьковом, а также пленочном кипении. Граница начала кипения показана на рис.
15.11 (линия à — Д). Перепад температур в паровом канале ДТ„является частью общего перепада температур между наружными поверхностями испарителя и конденсатора: низкотемпературных — вода, спирты и др., в криогенных — сжиженные газы. Важнейшей характеристикой теплоносителя является теплота испарения. Материалы корпуса и капиллярной структуры должны быть такими, чтобы они не реагировали между собой и с теплоносителем. Расчетные методики для тепловых труб имеют особенности, связанные с диапазоном их рабочих температур.
ГЛАВА 16 ТЕПЛООБМЕННЪ|Е АППАРАТЫ Теплообменными аппаратами (теплообменннками) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Широкое распространение теплообменных аппаратов обусловило многообразие их конструктивного оформления. $16.1. ОСНОВНЫЕ ВИЛЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ По принципу действия теплообненники подразделяют на три вида: рекуперативные, регенеративные и смесительные. В рекуперативных теплообменниках теплоносителя омывают стенку с двух сторон и обмениваются при этом теплотой.
Процесс теплообмена протекает непрерывно и имеет обычно стационарный характер. На рис. 16.1 показан пример рекупе- 4 6) Й Рис. 16.1 Рис. 16.2 ративного теплообменника, в котором один нз теплоносителей протекает внутри труб, а второй омывает их наружные поверхности. Стенка, которая омывается с обеих сторон теплоносителямн, называется рабочей поверхностью теплообменника.
442 Рекуперативные теплообменники подразделяются в зависимости от направления движения теплоносителей. Если теплоносители движутся параллельно в одинаковом направлении, теплообменник называют прямоточным (рис. 16.2, а), прн противоположном направлении движения — противоточным (рис. 16.2, б). В теплообменнике с перекрестным током теплоносителя движутся во взаимно перпендикулярных направлениях, при этом возможен однократный (рнс. 16.2„в) и многократный (рис.
16.2, г) перекрестный ток. Встречаются и более сложные схемы движения теплоносителей (рис. 16.2, д, е). Конструктивно рекуперативные теплообменники могут выполняться с трубчатыми и пластинчатыми рабочими поверхностями. Пример трубчатого теплообменника показан на рис. 16.1. В пластинчатом теплообменнике рабочая поверхность образована набором параллельных плоских пластин. Каналы между пластинами объединены через один общими коллекторами и образуют, таким образом, полости для каждого из теплоносителей. К рекуперативным можно отнести также теплообменники с г 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. Другая разновидность теплообменника с промежуточным теплоносителем — теплообменник на тепловых трубах, одна из воз- Рис. 1б.з можг(ых схем которого показана на рис. 16.3. Через перегородку 1, разделяющую холодную и горячую зоны теплообменника, проходит пучок тепловых труб 3, конденсационные участки которых образуют рабочую поверхность холодного теплоносителя, а испарительные участки — рабочую поверхность горячего теплоносителя.
Соотношение этих поверхностей может быть выбрано по усмотрению конструктора. Каждая из поверхностей может иметь ребра 2 с различными для холодного и горячего тракта параметрами. Рекуперативные теплообменники, предназначенные для утилизации теплоты в газотурбинных установках, называют регенераторами; теплообменники для рассеивания теплоты горячей воды в окружающее пространство (например, в системе охлаждения 443 автомобильного двигателя) называют радиаторами.
Назначением определяются также такие названия теплообменников: воздухоподогревагели, маслоохладигели, пароперегреватели и т. п. В регенеративном теплообменнике одна и та же поверхность поочередно омы- вается то горячим, то холодным тепло. носителем. При соприкосновении с горячим теплоносителем стенка аккумулирует теплоту, а затем отдает ее холодному теплоносителю. Для удовлетворительной работы теплообменника его рабочие стенки должны обладать значительной тепло- емкостью. Характерная особенность регенеративного теплообменника — нестационарный режим теплообмена. Чтобы процесс теплообмена протекал непрерывно прн Рис. 16,4 одинаковой продолжительности периода нагрева и охлаждения, такой теплообменник должен иметь две параллельно работающие секции.
Конструктивно эти секции могут быть реализованы в виде вращающегося теплообменника или теплообменника с двумя камерами, которые поочередно подключаются то к холодному, то к горячему теплоносителю. Вращающийся теплообменник (рис. 16.4) имеет насадку 1, вращающуюся в цилиндрическом корпусе 3, который с помощью уплотнений 2 разделен на две камеры для прохода горячего и холодного теплоносителя. Насадка (металлическая или керамическая) поочередно проходит горячий и холодный тракты и переносит теплоту от горячего теплоносителя к холодному. Вращающийся теплообменник отличается высокой компактностью. В смесительных теплообмен никах процесс тепло- обмена сопровождается перемешиванием теплоносителей, т. е.
они непосредственно соприкасаются друг с другом. ПоэтомУ смесительные теплообменники называются также контактными. Процесс теплообмена в таком аппарате имеет стационарный ха" рактер и сопровождается испарением жидкости. Смесительный теплообменник целесообразно использовать длк таких теплоносителей, которые легко разделить после теплообменного аппарата, например такой парой является вода и воздух. Характерной особенностью смесительного теплообменника явля.
ется его простота. Из трех рассмотренных выше видов теплообменников наиболее широкое и разностороннее применение находят рекуперативные теплообменники. Поэтому в остальных параграфах этой главы 444 рассматривается расчет и выбор параметров только для рекупе- ративных теплообменников без промежуточного теплоносителя.
й 1бзн ТЕПЛОВОИ РАСЧЕТ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА а) Рис. 16.5 4=а,с„1Г,' — Г,') Ч„„=а,с„11я — г;), (16.1) где 6 — массовый расход теплоносителя; т1„„— коэффициент потерь теплоты в окружающую среду, который равен 0,97 ... 446 Различают проектировочный и проверочный тепловой расчет теплообменного аппарата. Цель проектировочного расчета состоит в определенен площади рабочей поверхности теплообменника, которая является исходным параметром при его проектировании. При этом должно быть известно передаваемое количество теплоты или массовые расходы теплоносителей и изменение их температуры.
Проверочный расчет выполняется для теплообменннка с известной площадью поверхности. Цель расчета состоит в определении темпепагур теплоносителя на выходе из теплообмениика и передаваемого количества теплоты. На рнс. 16.5 изображены температурные поля прямоточного (рнс. 16.5, а) и противоточного (рис. 16.5, б) теплообменников. Индексами «1» и «2» отмечены температуры и другие параметры горячего и холодного теплоносителя соответственно. Одним и двумя штрихами отмечены параметры теплоносителя на входе и выходе из теплообменного аппарата. Сравнение темпера-' турных полей прямоточного и противоточ- И ного теплообменников й показывает, что при противоточной схеме ° т ,зз ,И тг имеется большая возможность изменения г1 температуры теплоно- г 11 сителей в пределах ап- г парата.
Если, например, необходимо нагреть холодный тепло- носитель до максимально возможной температуры при заданной начальной температуре горячего теплоносителя 1~', то при увеличении поверхности нагрева в прямоточном теплообмениике температура 1ям будет приближаться к температуре гз", а в противоточном — к 1,'. Рабочий процесс рекуперативного теплообменника на стационарном режиме работы описывается двумя уравнениями: уравнением теплового баланса и уравнением теплопередачи. Тепловой баланс теплообменника определяется уравне- нием ...
0,995; са! и с,з — средние удельные теплоемкости теплоносителей. Полная теплоемкость массового расхода % =Ос!,. (16.2) С учетом этого обозначения уравнению теплового баланса можно придать вид Я Ж !(!1 !!)Чпот=1Гз(!2 1!). (16.3) Обозначив изменение температуры теплоносителя в пределах теплообменного аппарата через 61, уравнение (16.3) при т)„,=1 можно переписать в виде М !АМ! — Жз/В~ ! (16.4) Следовательно, чем больше параметр Я7, тем меньше изменяется температура теплоносите- 4! ля в пределах теплообменного аппарата. Рассмотрим теперь у р а в н е- Ю' лг" нне теплопередачи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
