Теплообменник
Теплообменник – это система , используемая для передачи тепла между источником и рабочим телом . Теплообменники используются как в процессах охлаждения, так и в процессах нагрева. [1] Жидкости могут быть разделены сплошной стенкой, чтобы предотвратить смешивание, или они могут находиться в непосредственном контакте. [2] Они широко используются в системах отопления , охлаждения , кондиционирования воздуха , электростанциях , химических заводах , нефтехимических заводах , нефтеперерабатывающих заводах , переработке природного газа и очистке сточных вод . Классический пример теплообменника находится вдвигатель внутреннего сгорания , в котором циркулирующая жидкость, известная как охлаждающая жидкость двигателя, протекает через змеевики радиатора , а воздух проходит мимо змеевиков, охлаждая охлаждающую жидкость и нагревая поступающий воздух . Другим примером является радиатор , который представляет собой пассивный теплообменник, передающий тепло, выделяемое электронным или механическим устройством, текучей среде, часто воздуху или жидкому хладагенту. [3]
Существует три основных классификации теплообменников в зависимости от схемы их потока. В теплообменниках с параллельным потоком две жидкости входят в теплообменник с одного конца и проходят параллельно друг другу на другую сторону. = В противоточных теплообменниках жидкости поступают в теплообменник с противоположных концов. Противоточная конструкция наиболее эффективна, так как может передать наибольшее количество теплоты от теплоносителя (переносчика) на единицу массы за счет того, что средний перепад температур на любой единице длины выше = . См. противоточный обмен . В теплообменнике с поперечным потоком жидкости проходят через теплообменник примерно перпендикулярно друг другу.
Для повышения эффективности теплообменники спроектированы таким образом, чтобы максимально увеличить площадь поверхности стенки между двумя жидкостями и свести к минимуму сопротивление потоку жидкости через теплообменник. На производительность теплообменника также может повлиять добавление ребер или гофров в одном или обоих направлениях, которые увеличивают площадь поверхности и могут направлять поток жидкости или вызывать турбулентность.
Температура движения по поверхности теплопередачи зависит от положения, но можно определить подходящую среднюю температуру. В большинстве простых систем это « среднелогарифмическая разность температур » (LMTD). Иногда прямое знание LMTD недоступно и используетсяметод NTU .
Двухтрубные теплообменники являются простейшими теплообменниками, используемыми в промышленности. С одной стороны, эти теплообменники дешевы как с точки зрения конструкции, так и с точки зрения обслуживания, что делает их хорошим выбором для небольших предприятий. С другой стороны, их низкая эффективность в сочетании с большой площадью, занимаемой в больших масштабах, привела к тому, что современная промышленность использует более эффективные теплообменники, такие как кожухотрубные или пластинчатые. Однако, поскольку двухтрубные теплообменники просты, они используются для обучения студентов основам проектирования теплообменников, поскольку основные правила для всех теплообменников одинаковы.
1. Двухтрубный теплообменник (а) Когда другая жидкость течет в кольцевой зазор между двумя трубками, одна жидкость течет через меньшую трубу. Поток может быть текущим или параллельным потоком в двухтрубном теплообменнике. (b) Параллельный поток, когда в одной и той же точке соединяются горячая и холодная жидкости, текут в одном направлении и выходят с одного конца.
