Схемы движения теплоносителей

Основная задача теплообменников заключается в передаче тепловой энергии между несколькими теплоносителями, которые проходят через это оборудование. Устройство аппарата зависит от течения теплоносителей и их взаимной геометрии. Есть несколько конфигураций направления.

Противоток

Противоточный теплообменник представляет собой устройство с параллельным перемещением теплоносителей относительно друг друга. Такое устройство считается эффективным за счет наиболее результативного использования разности температур.

Противоток

Параллельное однонаправленное течение

Название вида теплообменника само говорит за себя: теплоносители перемещаются в одном направлении, параллельно друг другу. Если при проектировании объекта важное значение придается эффективному использованию разности температур, то такой тип оборудования не подходит. Он используется в случае необходимости иметь примерно одинаковую температуру стенки, передающей тепло.

Параллельное однонаправленное течение

 

Перекрестный ток

Такое устройство предполагает, что теплоносители двигаются под прямым углом относительно друг друга. Так, первое течение проходит в трубах, которые собраны в пучок. Второй теплоноситель перемещается между этими трубами в целом перпендикулярно их оси. Такой теплообменник по эффективности находится между первым и вторыми вышеуказанными устройствами. Преимуществом аппарата является более простая конструкция.

Перекрестный ток

 

 

 

 

Перекрестное течение с противотоком

Иногда теплообменники сконструированы таким образом, что течение теплоносителей в них практически идеально с точки зрения теплоотдачи. Такое оборудование сочетает в себе простоту конструкции и эффективность теплообмена. Экономичность аппарата повышается по мере увеличения числа ходов в нем.

Перекрестное течение с противотоком

 

 

Многоходовой ток в трубах и в пространстве между ними

Один и тот же теплообменник можно сконструировать таким образом, чтобы в нем комбинировались характеристики, присущие противоточному и параллельному оборудованию. Для этого нужно предусмотреть поворот труб, находящихся в одном корпусе. Количество поворотов не ограничено. Такой же эффект может быть и при использовании прямых труб, если грамотно внедрить коллекторы, представляющие собой трубы в форме U, или серпантин. Так, по конструкции аппарат будет простым, а отверстия для труб будут располагаться с одной стороны кожуха.

Многоходовой ток в трубах и в пространстве между ними

Общий случай

Выше описаны отдельные варианты движения теплоносителей. На практике теплообменник состоит из многоходовых течений сред, которые взаимно проникают друг в друга. Для поступления теплоносителей в общий резервуар есть несколько входных точек и столько же – выходных. Жидкость в аппарате может течь трехмерно, но есть зона рециркуляции с замкнутой линией тока.

Общий случай

 

 

 

 

Регенераторы

Выше приведены примеры, в которых теоретически течение теплоносителей стационарное, и они одновременно проникают в теплообменник. Такой теплообменник получил название рекуператора. Но есть и теплообменники – регенераторы. В них теплоносители проникают в одно и то же пространство друг за другом, и тепло передается от одного теплоносителя другому.

Регенератор может иметь однонаправленные противоточные теплоносители и перекрестные. Самый простой противоточный генератор – это труба прямая горизонтальная. Регенератор относится к аппаратам периодического действия, потому что его устройство предполагает регулярную смену двух потоков.

Для расчета характеристик теплообменника нужно выполнить следующие действия:

  • Задается схема движения теплоносителей в аппарате;
  • Устанавливается расход теплоносителя по определенным направлениям;
  • Определяются показатели термических сопротивлений при передаче тепла для каждой точки теплообменника.
  • Распределяется температура отдельных потоков.

При изменении термических сопротивлений, сложности схемы течения такое уравнение можно решить лишь численным методом. Естественно, без навыков сложно тотчас определить, какое значение термического сопротивления можно принять для теплообменника, который предполагается оборудовать на объекте. Очень часто температура теплообменника напрямую зависит от местного значения температуры теплоносителя.

Регенераторы