10.3 По агрегатному состоянию и изменению температур теплоносителей
3.1 Теплообменные аппараты на однофазных теплоносителях
Во многих ТА и греющий теплоноситель (температура которого снижается), и нагреваемый (температура которого повышается) покидают аппарат в том же фазовом состоянии, что и поступают в него.
Прямоток Противовток
Рисунок 10.7 Пример схемы движения теплоносителей в водоводяных ТА
Считают, что изменение температур теплоносителей пропорционально переданной теплоте.
При перекрестном токе теплоносителей нельзя так просто проиллюстрировать распределение температур в ТА, т.к. температура даже в идеализированном случае не является только функцией расстояния.
3.2 Аппараты с изменением фазового состояния одного из теплоносителей.
Примерами таких ТА могут служить: пароводяные ТА, паровые котлы, конденсаторы.
Изменением температуры теплоносителя, фазовое состояние которого изменяется, как правило, пренебрегают для того, чтобы упростить аналитические выражения, применяемы при расчетах ТА.
Для пароводяных ТА распределение температур теплоносителей по длине аппарата упрощенно принимают таким, как показано на рис. 8
Рисунок 10.8 Распределение температур теплоносителей по длине пароводяного ТА
Наличие растворенных газов в паровой фазе приводит к тому, что температура газовой фазы в аппарате падает, т.к. снижается концентрация провой фазы.
В паровой котел вода поступает из экономайзера не догретой до температуры насыщения. В котле ее температура повышается до температуры кипения. Затем осуществляется фазовый переход (превращение воды в пар), в ходе которого температура этого теплосителя практически остается равной температуре насыщения из-за незначительного изменения давления в аппарате. Далее в пароперегревателе пар перегревают относительно tн.
Рисунок 10.9 Распределение температур теплоносителей по поверхности нагрева парового котла
10.4 По типу теплопередающих поверхностей
4.1 ТА с гладкими трубами
Довольно широко применяются ТА, один из теплоносителей в которых течет по гладким трубам, а второй омывает их снаружи в продольном, перпендикулярном или наклонном к оси трубы направлении. Поверхностью раздела в этом случае служит стенка трубы, и контакт теплоносителей осуществляется через нее.
4.2 ТА с оребренными трубами
В том случае, когда теплоотдача внутри труб более интенсивна, чем на наружной поверхности, с целью интенсификации теплообмена на этой наружной поверхности прибегают к ее увеличению путем оребрения труб. Ребра могут быть выполнены вместе с трубой или же соединены с ней сваркой или пайкой. Ребра могут иметь форму кольцевых дисков, спиральных пластин или плоских листов.
Ребра увеличивают площадь поверхности нагрева на единицу объема аппарата. Редко, но применяют установку ребер внутри труб.
4.3 Матричные конструкции ТА
Матричные ТА – это экономичный путь увеличения площади теплопередающей поверхности. Они выполняются как единое целое блоков труб и ребер. Примером матричных ТА могут служить ТА в автомобильных радиаторах, и в устройствах кондиционирования воздуха.
4.4 Пленочные ТА
Это ТА с прямым контактом между потоком газа и пленкой жидкости, текущей по твердой поверхности. Примером могут служить абсорбционные колонны, в которых поглощающая жидкость стекает вниз в виде пленок неправильной конфигурации по насадке из колец Рашига, а смесь газа, один из компонентов которой подлежит удалению путем растворения в жидкости, движется вверх через пустоты насадки.
Градирни электростанций, в которых охлаждаемая вода стекает по поверхности асбоцементных труб, движущийся вверх воздух, охлаждая жидкость, нагревается. В пленочных ТА жидкость всегда находится в контакте с твердой поверхностью. Эти аппараты являются тепло-массо-обменными.
Рисунок 10.10 Схема движения теплоносителей в пленочном ТА
4.5 ТА с распылением
Это такие ТМО аппараты, в которых процесс ТМО происходят на каплях жидкости, образуемых в специальных распылителях и свободно падающих в газообразной среде.
Примеры: пароохладители паровых котлов электростанций, увлажнители в установках кондиционирования воздуха, устройства для производства сухого молока.
Камеры сгорания ДВС также относятся к этому типу ТА, т.к. топливо в эти двигатели часто вводят в виде распыленных капель, которые должны испариться до начала горения.
4.6 ТА с механическим удалением теплоносителя с поверхностей нагрева. Это пленочные ТА, в которых необходимо организовать пленочное течение высоковязких (неньютоновских) жидкостей.
При течении жидкостей низкой вязкости режим течения пленок определяется в основном гравитационными силами и силами трения.
Для организации течения пленок высоковязкостных жидкостей, используются различные механические устройства, например, устройства скребкового типа.