Классификация теплообменных аппаратов

Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устрой- ства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к дру- гому для осуществления различных тепловых процессов (нагревания, кипе- ния, конденсации и т.д.).

Теплоноситель, имеющий более высокую температуру, называется первичным (горячим), а обладающий более низкой температурой и воспри- нимающий тепло – вторичным (холодным).

Все теплообменные аппараты по способу передачи теплоты могут быть разделены на две большие группы: поверхностные и контактные.

В контактных теплообменных аппаратах передача теплоты происходит при непосредственном контакте двух теплоносителей: горячего и холодного. При этом теплообмен может сопровождаться массообменом. Контактные те- плообменники подразделяются на смесительные и барботажные.

В аппаратах смесительного типа нагретые и менее нагретые теплоноси- тели перемешиваются и образуют растворы или смеси.

В аппаратах барботажного типа более нагретый теплоноситель прока- чивается через массу менее нагретого, или наоборот, при этом теплоносители не смешиваются.

В поверхностных теплообменниках оба теплоносителя отделены один от другого твердой стенкой или поочередно контактируют с одной и той же стенкой, которая участвует в процессе теплообмена и образует так называе- мую поверхность теплообмена.

Поверхностные теплообменники разделяются на рекуперативные и ре- генеративные.

В рекуперативных аппаратах процессы теплообмена обычно стацио- нарные: одна сторона поверхности теплообмена все время омывается горя- чим теплоносителем, а другая сторона – холодным. Тепло от одного теплоно- сителя к другому передается через разделяющую их стенку из теплопровод- ного материала. Направление теплового потока в стенке остается неизмен- ным.

В регенеративных аппаратах одна и та же поверхность теплообмена попеременно омывается то одним, то другим теплоносителем. При контакте с первичным теплоносителем в стенках аккумулируется тепло, которое в пери- од охлаждения отдается вторичному теплоносителю. Направление теплового потока в стенках периодически меняется.

Наибольшее распространение в авиации и других областях техники по- лучили рекуперативные теплообменники. Они могут быть классифицирова- ны по следующим признакам:

1) по роду теплоносителей в зависимости от их агрегатного состояния

(рис. 5.1);

2) по конфигурации поверхности теплообмена: трубчатые аппараты с прямыми трубками, с U-образным трубным пучком, пластинчатые, змееви- ковые, ребристые;

3) по компоновке поверхности нагрева: тип «труба в трубе»; кожухо- трубчатые аппараты; оросительные аппараты (не имеющие ограничивающего корпуса).

Рекуперативные теплообмен- ники

Паро- жидкостные

Жидкостно- жидкостные

Газо- газовые

Паро- газовые

Газо- жидкостные

Рис. 5.1. Классификация ТА по агрегатному состоянию теплоносителей

Все ТА поверхностного типа можно классифицировать по виду взаим- ного направления потоков теплоносителей:

1) прямоточные (прямотоки), когда оба теплоносителя движутся парал- лельно в одном направлении (см. рис. 1.6, а);

2) противоточные (противоток), когда оба теплоносителя движутся в противоположных направлениях (см. рис. 1.6, б);

3) с перекрестным током – теплоносители движутся во взаимно- перпендикулярных направлениях. Перекрестный ток может быть однократ- ным (см. рис. 1.6, в) и многократным (см. рис. 1.6, д);

4) с более сложными схемами различного сочетания прямотока, проти- вотока и перекрестного тока (см. рис. 1.6, е, ж).

К рекуперативным теплообменникам можно отнести также теплооб- менники с промежуточным теплоносителем. В теплообменниках с принуди- тельной 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.

Разновидностью теплообменника с промежуточным теплоносителем является теплообменник на тепловых трубах, представляющий собой пучок тепловых труб, разделенных герметичной перегородкой на горячую и холод- ную зоны теплообменника (рис. 5.2). В отличие от обычного теплообменни- ка, промежуточный теплоноситель в нем изменяет фазовое состояние (про- цессы испарения и конденсации). Роль насоса здесь выполняют капиллярная структура либо силы гравитации.

Рис. 5.2. Тепловая труба: 1 - тонкостенный металлический сосуд;

2 – капиллярно-пористый материал – фитиль; 3 – внутренний объём, свобод- ный от фитиля, является паровым каналом