Тема 1 Общие сведения о теплообменных аппаратах 1

Тема 1. Общие сведения о теплообменных аппаратах 1. 1 Классификация ТА 1. 2 Теплоносители 1. 3 Требования, предъявляемые к ТА 1. 4 Этапы жизненного цикла ТА

Этапы жизненного цикла ТОА: 1. Разработка проекта ТОА на программно – целевом уровне. 2. Разработка проекта ТОА на научно методическом уровне. 3. Разработка проекта на инженерно техническом уровне. 4. Изготовление и отработка конструкции головного образца теплообменного аппарата. 5. Транспортировка, монтаж, пуск, пробная эксплуатация теплообменного аппарата.

6. Промышленная эксплуатация теплообменного аппарата. 7. Ремонт теплообменного аппарата. 8. Модернизация теплообменного аппарата. 9. Консервация теплообменного аппарата. 10. Утилизация теплообменного аппарата.

Рисунок 1. 1 Типы теплообменных аппаратов

Рисунок 1. 4 Изменение температуры теплоносителей в рекуперативном ТА а при фазовых превращениях обоих теплоносителей; б при испарении нагреваемого теплоносителя; в - при конденсации греющего теплоносителя; г - при прямоточном движении теплоносителей без фазовых превращений; д - при противоточном движении теплоносителей без фазовых превращений

Тема 2. Рекуперативные теплообменники непрерывного и периодического действия 2. 1 Рекуперативные теплообменники непрерывного действия: кожухотрубчатые теплообменники; аппараты теплообменные трубчатые без кожуха; аппараты теплообменные с наружным обогревом; аппараты теплообменные листовые; аппараты теплообменные с воздушным охлаждением

Рисунок 1. 5 Двухходовой горизонтальный теплообменник с неподвижными решетками

Рисунок 1. 6 Теплообменник типа К с линзовым компенсатором

Рисунок 1. 7 Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой 1 крышка распределительной камеры; 2 распределительная камера: 3 кожух; 4 теплообменные трубы; 5 перегородка с сегментным вырезом; 6 штуцер; 7 крышка плавающей головки. 8 крышка кожуха

Рисунок 1. 8 Теплообменник с U образными трубами

Рисунок 1. 9 Сальниковый компенсатор

Рисунок 1. 10 Змеевиковый холодильник

Рисунок 1. 11 - Оросительный теплообменник

Рисунок 1. 12 - Теплообменник типа "труба в трубе"

Рисунок 1. 13 - Спиральный теплообменник

Рисунок 1. 14 - Разборный пластинчатый теплообменник

Рисунок 1. 15 Горизонтальный аппарат воздушного охлаждения

2. 2 Выбор скорости теплоносителей и интенсификация теплообмена Ориентировочное значение скорости теплоносителей: 1. Маловязкая жидкость (вода, бензин, керосин) нагнетательная линия 1 3 м/с, всасывающая от 0, 8 1, 2 м/с; 2. Вязкая жидкость (легкие и тяжелые масла, растворы солей), нагнетательная линия 0, 5 – 1 м/с, всасывающая 0, 2 0, 8 м/с; 3. Водяной и перегретый пар 30 75 м/с; 4. Пары насыщенные (углеводороды и др. ) Р=0, 005 0, 07 МПа 60 75 м/с; 0, 05 0, 1 МПа 20 40 м/с; 0, 1 МПа 10 25 м/с.

Способы интенсификации теплообмена: 1. Конструирование шероховатых поверхностей и поверхностей сложной формы, способствующих турбулизации потока в пристенном слое; 2. Использование турбулизированных вставок в каналах; 3. Увеличение площади поверхности теплообмена путем оребрения; 4. Воздействие на поток теплоносителя электрическим, магнитным и ультразвуковыми полями;

5. Турбулизацию пристенного слоя путем организации пульсаций скорости набегающего потока и его закрутки; 6. Механическое воздействие на поверхность теплообмена путем ее вращения и вибрации; 7. Применение зернистой насадки в неподвижном и кипящем слое; 8. Добавление в теплоноситель твердых частиц или газовых пузырьков.

Рисунок 1. 16 Конструкции, применяемые для интенсификации теплоотдачи

2. 3. Рекуперативные аппараты периодического действия водонагреватели аккумуляторы варочные котлы реакционные аппараты и др.

Тема 3. ТЕПЛОВОЙ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ 3. 1. Основные положения и уравнения теплового расчета 3. 2. Средняя разность температур и методы ее вычисления 3. 3. Сравнение прямотока с противотоком 3. 4. Методы определения температур поверхности теплообмена 3. 5. Гидромеханический расчет теплообменных аппаратов

3. 1. Основные положения и уравнения теплового расчета Уравнение теплового баланса (3. 1) При (3. 2) Уравнение теплопередачи (3. 3)

Рисунок 3. 1 Характер изменения температуры теплоносителей при прямотоке и противотоке в зависимости от соотношения С 1 и С 2

3. 2. Средняя разность температур и методы ее вычисления (3. 4) (3. 5) При расчете средней температурной разности для сложных схем движения теплоносителей поступают следующим образом: 1) определяют температурный напор по формуле (3. 6)

2) вычисляют вспомогательные величины Р и R по формулам (3. 7) (3. 8) По значениям Р и R из вспомогательного графика берется поправка (3. 9)

Для теплообменника с перекрестным током и сложных схемами включения температурный напор найдется как (3. 10) 3. 3. Сравнение прямотока с противотоком

Рисунок 3. 2 - Сравнение прямотока и противотока

3. 4. Методы определения температур поверхности теплообмена Если известно распределение теплового потока по поверхности теплообмена, расчет температуры поверхности можно вести по формулам: для плоской стенки из уравнений

3. 5. Гидромеханический расчет теплообменных аппаратов

Тема 5. РЕКУПЕРАТИВНЫЕ АППАРАТЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ 5. 1. Расчет водонагревателя аккумулятора с паровым обогревом Рисунок 5. 1. Водонагреватель-аккумулятор с паровым обогревом

5. 2. Расчет водонагревателя аккумулятора с водяным обогревом

Тема 5. РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ Рисунок 5. 1 - Схемы работы регенеративных теплообменников

Тема 6. ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ 6. 1. Расчет толщины стенки цилиндрического корпуса Для вертикального корпуса напряжение в поперечном сечении корпуса проверяется следующим образом:

6. 2. Расчет толщины днища Толщина стенки эллиптического днища определяют по формуле: Толщина плоского круглого днища, приваренного к корпусу, определяют по зависимости:

6. 3. Расчет толщины трубной доски В теплообменниках с плавающей нижней трубной доской или плавающей головкой толщину трубной доски определяют по уравнению

Таблица 6. 1. Рекомендуемая толщина стенки литого корпуса Диаметр корпуса, мм До 260 300 490 500 650 680 740 790 890 940 990 1060 1220 1295 1530 Толщина стенки, мм, при давлении до 0, 53 МПа до 1, 07 МПа 9, 5 12, 7 15, 8 19 22, 1 25, 4 9, 5 12, 7 15, 8 19, 0 22, 1 25, 4 31, 7 38, 1

Теплопередача и гидравлическое сопротивление теплообменных аппаратов поверхностного типа Теплопередача через оребренную поверхность теплообмена

Коэффициент эффективности ребра

Рис. 2. 1. Геометрические характеристики оребрения: а прямое ребро прямоугольного профиля; б прямое ребро треугольного или трапециевидного профиля; в кольцевое ребро прямоугольного про филя; То температура основания ребра; Тl температура торца ребра; lр высота ребра; δ толщина ребра; δ 1 толщина ребра у основания трапециевидного ребра; δ 2 толщина ребра на конце трапециевидного ребра; х координата сечения ребра; dx элементарное приращение высоты ребра; r 1 радиус трубы у основания ребра; r 2 радиус периферийного сечения ребра; r радиус рассматриваемого сечения; dr элементарное приращение радиуса

Рис. 2. 2. Вспомогательный график для расчета ребер трапециевидного и треугольного профилей

Рис. 2. 3. Вспомогательный график для расчета кольцевого ребра прямоугольного профиля

Коэффициент эффективности оребренной поверхности, коэффициент теплопередачи через оребренную поверхность Рис. 2. 4. Схема оребренной поверхности с двусторонним оребрением

Гидравлическое сопротивление теплообменного аппарата Рис. 2. 5. Изменения статического давления по длине матрицы

Рис. 2. 6. Схема диффузора с разделительными стенками: 1 - подводящий трубопровод; 2 диффузор; 3 разделительные стенки; 4 - отводящий трубопровод

Влияние загрязнения на теплогидравлические характеристики поверхности теплообмена Рис. 2. 7. Влияние относительной толщины σ слоя отложения и числа Bi на отношение теплового потока Qг на загрязненной поверхности к тепловому потоку Q на исходной чистой поверхности: а - цилиндрическая труба, загрязненная внутри; б - плоский канал с двусторонним загрязнением стенок внутри канала; 1 - Bi = 0; 2 - Bi = 0, 02; 3 - Bi =2; 4 - Bi = 8; 5 - Bi = 64; 6 - Bi = 0, 5; 7 - Bi = 1; 8 - Bi = 3; 9 - Bi = 4

Интенсификация процесса теплообмена в матрице теплообменного аппарата • Рис. 2. 8. Влияние интенсификации конвективного теплообмена α 2 при α 1 = const на изменение коэффициента теплопередачи K

Рис. 2. 10. Структура пластинчатой поверхности Френкеля: 1 - направление потока в нижней части канала; 2 - направление потока в верхней части канала; 3 - нижняя гофрированная поверхность; 4 - верхняя гофрированная поверхность, γ -угол скрещивания гофров

Теплообменные аппараты регенеративного типа Регенеративный теплообменный аппарат с неподвижной матрицей

7. СМЕСИТЕЛЬНЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ 7. 1. Общие сведения По конструктивным признакам различают: • Полые или безнасадочные колонны или камеры (рис. 7. 1 а), в которых жидкость распиливается форсунками в газовую среду. • Насадочные колонны (рис. 7. 1 в), в которых соприкосновение газа с жидкостью происходит на смоченной поверхности насадки (кольца Рашига, куски кокса, деревянные доски, рейки и другие устройства).

• Каскадные аппараты, имеющие внутри горизонтальные либо наклонные полки или перегородки, благодаря которым жидкость постепенно перетекает с полки на полку, как это показано на рис. 7. 1 б. • Струйные смесительные аппараты, в которых происходит нагревание воды эжектируемым или эжектирующим паром (рис. 7. 1 г). • Пленочные смешивающие подогреватели (рис. 7. 1 д). Нагревание воды водяным паром в них

происходит почти до температуры насыщения пара. Пенные аппараты получили применение для улавливания из газов плохо смачиваемой (гидрофобной) пыли. Принципиальная схема пенных аппаратов приведена на рис. 7. 2. Рисунок 7. 1 Типы смесительных теплообменников 1 форсунки; 2 трубы, распределяющие воду; 3 каскады; 4 насадка; 5 и 6 сопла первой и второй ступеней струйного смесителя; 7 насос; 8 и 9 вентиляторы; 10 -электродвигатель; 11 концентричес кие цилиндры; 12 - иллюминаторы сепараторы влаги; 13 подогреватель воздуха

где kv объемный коэффициент теплопередачи, отнесенный к 1 м 3 активного объема аппарата, Вт/(м 3. °С); V полезный или активный объем смесительной камеры, м 3; ∆t средняя разность температур теплоносителей, °С.

ПРЕЗЕНТАЦИЯ по дисциплине «Тепломассообменное оборудование предприятий»