Теплообмі́нні апара́ти — пристрої, у яких здійснюється теплообмін між двома або декількома твердими, рідкими, газоподібними середовищами у різних комбінаціях. Застосовують теплообмінні апарати у побуті, промисловості, сільському господарстві. У якості теплоносіїв може виступати газ, пара, рідина або тверде тіло. Типові побутові прилади, у яких здійснюється теплообмін — кондиціонери, холодильники, повітронагрівачі, , економайзери, . Типові промислові прилади — теплоакумулятори, градирні, атомні реактори тощо. Опанування та удосконалення людством конструкцій апаратів для теплообміну, ліг у основу розбудови теплоенергетики, а згодом і атомної енергетики, винайдення систем кондиціонування повітря та опалення.
Теплообмінний апарат | |
Теплообмінний апарат у Вікісховищі |
Класифікація
За способом передачі теплоти:
- Поверхневі, де відсутній безпосередній контакт теплоносіїв, а передача тепла відбувається через стінку приладу
- Змішувальні, де теплоносії контактують безпосередньо. Поверхневі теплообмінники у свою чергу підрозділяються на рекуперативні й регенеративні, залежно від одночасного або почергового контакту теплоносіїв зі стінкою, яка їх розділяє.
Найчастіше використовуваний у промисловості рекуперативний теплообмінник — теплообмінник, у якому гарячий і холодний теплоносії рухаються в різних каналах, у стінці між якими відбувається теплообмін. Залежно від напрямку руху теплоносіїв рекуперативні теплообмінники можуть бути прямотечійними при паралельному русі в одному напрямку, протитечійними при паралельному зустрічному русі, а також перехреснотечійними при взаємно перпендикулярному русі двох взаємодіючих середовищ. Залежно від призначення теплообмінні апарати використовують як нагрівачі і як охолоджувачі.
Загальні відомості
- Кожухотрубні теплообмінники., один прохід (1–1 паралельний потік)
- Кожухотрубні теплообмінники., 2-пройти сторону трубки (1–2 перетік)
- Кожухотрубні теплообмінники., 2-прохід з боку оболонки, (2-2 противотоком)
Пристрої, в яких здійснюється процес масообміну (тобто відбувається взаємопроникнення речовин), називаються масообмінними апаратами. У тепломасообмінних апаратах процеси масо- і теплообміну протікають одночасно.
За своїм призначенням теплообмінні і тепломасообмінні апарати різноманітні і часто мають спеціальні назви (, тощо).
На ТЕС і АЕС одним з теплообмінних апаратів є підігрівач живлячої води. У будь-якому випадку потрібно визначити площу поверхні теплообміну (при заданому діаметрі труб потрібно знайти їх число і довжину). Для розрахунку необхідні дані про термічні опори перенесенню теплоти. При цьому для знаходження коефіцієнтів тепловіддачі використовується . Тепловий розрахунок теплообмінного апарату, метою якого є визначення площі, називається конструкторським. Допустимо, що є готовий теплообмінний апарат (наприклад, що серійно випускається заводом), потрібно дізнатися, чи буде в ньому забезпечено підігрівання або охолоджування теплоносія до заданої температури. Тепловий розрахунок, що виконується для вирішення вказаної задачі, називається перевірочним. Його метою є знаходження кінцевих температур теплоносіїв, а також температури поверхні при заданих початкових температурах теплоносіїв. Масові витрати теплоносіїв в будь-якому типі розрахунку вважаються заданими величинами.
Від значення площі поверхні тепло- і масообміну залежать значення потоків теплоти і маси речовини. Тому в технологічних установках часто використовується метод розпилювання рідини (її дроблення на дрібні краплі) і застосовуються тепломасообмінні апарати з псевдо-зрідженим («киплячим») шаром твердих часток. У останньому випадку швидкість газу, що подається в нижню частину шару часток, підбирається так, щоб частки не були нерухомими і в той же час не зносилися з шару потоком газу. Частки, що знаходяться в зрівноваженому стані, інтенсивно перемішуються з газом, що забезпечує високу інтенсивність процесів тепло- і масопереносу.
Тепломасообмінні апарати різноманітні їх можна класифікувати за різними ознаками.
Теплообмінні апарати підрозділяються на:
- рекуперативні,
- регенеративні
- змішувального типу.
Не зважаючи на особливості, властиві теплообмінним і тепломасобмінним апаратам, вони працюють таким чином, що у будь-якому випадку для них виконуються закони збереження енергії, маси речовини і кількості руху. Ці закони необхідно враховувати в будь-яких теплових і гідромеханічних розрахунках апаратів.
Рекуперативні теплообмінники
У рекуперативних апаратах передача теплоти від одного теплоносія до іншого відбувається через роздільну́ стінку (наприклад, стінку труби).
Можливі різні схеми руху теплоносіїв:
- прямотечійна (теплоносії рухаються уздовж поверхні нагріву в одному напрямі);
- протитечійна (теплоносії рухаються в протилежних напрямах);
- складна (наприклад, перехресна течія).
Конденсатор парової турбіни. У ньому здійснюється процес фазового переходу, в якому температура залишається постійною, а охолоджувальна вода має два ходи (один хід зліва направо, а другий — в протилежному напрямі). Наявність декількох ходів дозволяє скоротити габаритні розміри апарату. схема апарату з U-подібними трубами — рух теплоносіїв у ньому близький до протитечії.
Теплообмінним апаратом із складною схемою потоків теплоносіїв є кожухотрубний теплообмінник з перегородками в міжтрубному просторі . Водяний економайзер (його схема наведена на рис. 1.2) не має окремого корпусу. Він розташований в конвективній шахті парогенератора. У економайзері підігрівання живлячої води здійснюється продуктами згорання (димовими газами).
Схема руху близька до перехресного току. Труби економайзера можуть розташовуватися як у коридорному, так і шаховому порядку (на рис. 1.2 труби розташовані в шаховому порядку).
У даному теплообміннику значення теплового потоку залежить від різниці температур теплоносіїв і коефіцієнта теплопередачі. Як відомо, коефіцієнт теплопередачі — величина, зворотна сумі термічних опорів. Найбільше зі всіх термічних опорів визначає інтенсивність процесу теплопередачі. Габаритні розміри економайзера можна зменшити замінивши гладкі труби на оребрені.
Регенеративні теплообмінні апарати
На показаний нагрівач повітря обертового типу (нагрівач повітря Юнгстрема). В даному випадку теплота передається за допомогою набивки, виконаної з тонких металевих листів. У той період часу, коли набивка перебуває на стороні гарячих газів, вона нагрівається і акумулює теплоту, яка потім передається повітрю. Обертовий нагрівач повітря є прикладом теплообмінника регенеративного типу. У іншому випадку теплоносії протікають в одному і тому ж каналі, але поперемінно. Коли через апарат протікає гарячий теплоносій, він омиває нерухому насадку, що акумулює теплоту. Період нагрівання насадки змінюєтьтся періодом її охолоджування, коли вона омивається холодним теплоносієм. У регенеративному підігрівачі відбувається нестаціонарний процес теплопередачі. Як насадочна поверхня часто використовується цегельна кладка.
Протягом першого циклу роботи апарату поверхня цегельної кладки омивається високо- температурним потоком продуктів згорання, а протягом другого циклу — холодним повітрям або іншими компонентами горіння, що використовуються в технологічних установках.
Апарати змішуючого типу
У змішуючих апаратах здійснюється безпосередній контакт двох або більше речовини, що знаходяться в рідкому або газоподібному стані. На ТЕС і АЕС застосовуються підігрівачі змішуючого типу, в яких підігрівання живлячої води відбувається внаслідок її змішування з парою, відібраною від турбіни (зазвичай пара відбирається від циліндра низького тиску турбіни). Зважаючи на відсутність твердої поверхні теплообміну вартість підігрівача змішуючого типу менша, ніж підігрівача поверхневого типу. Крім того, через відсутність різниці температур рідин, що обмінюються теплом, на виході дані підігрівачі мають менші ентропійні втрати, тому вони економічніші.
Для ефективної роботи змішуючого апарату важливе значення має площа контакту робочої поверхні, для збільшення якої часто використовуються різні насадки у вигляді кілець або іншої форми. Рідина стікає вниз по поверхні насадки, а газ в протилежному напрямі рухається вгору. Газорідинні змішуючі апарати (скрубери) застосовуються як для охолоджування або нагрівання газів (або води), так і для очищення їх від шкідливих домішок. Відмінною особливістю змішуючих апаратів є те, що в них часто здійснюються спільні процеси тепло- і масообміну. Наприклад, в скрубері шкідливі домішки, що містяться в газі, дифундують в шар рідини.
Див. також
- Теплова електростанція (ТЕС)
- Теплова машина
- Теплова мережа
- Теплова помпа
- Теплова труба
- Акумулятор тепла
- Теплове випромінювання
- Теплове розширення
- Тепловий еквівалент роботи
- Тепловий ефект реакції
- Тепловий комфорт
- Тепловий потік
- Тепловий реактор
- Тепловіддача
- Теплоелектроцентраль (ТЕЦ)
- Теплоенергетика
- Теплоємність
- Теплоізоляція
- Ребойлер
Примітки
- Енциклопедичний гірничий словник // За редакцією В. С. Білецького. — Донецьк: Східний видавничий дім. у 3-х томах — 2001—2004.
Література
- ДСТУ ЕN 247:2003 Теплообмінники. Термінологія (EN 247:1997, IDТ)
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.
Посилання
- Повітронагрівник; Повітроохолодник; Теплообмінний апарат // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 155; 189. — .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Teploobmi nni apara ti pristroyi u yakih zdijsnyuyetsya teploobmin mizh dvoma abo dekilkoma tverdimi ridkimi gazopodibnimi seredovishami u riznih kombinaciyah Zastosovuyut teploobminni aparati u pobuti promislovosti silskomu gospodarstvi U yakosti teplonosiyiv mozhe vistupati gaz para ridina abo tverde tilo Tipovi pobutovi priladi u yakih zdijsnyuyetsya teploobmin kondicioneri holodilniki povitronagrivachi ekonomajzeri Tipovi promislovi priladi teploakumulyatori gradirni atomni reaktori tosho Opanuvannya ta udoskonalennya lyudstvom konstrukcij aparativ dlya teploobminu lig u osnovu rozbudovi teploenergetiki a zgodom i atomnoyi energetiki vinajdennya sistem kondicionuvannya povitrya ta opalennya Teploobminnij aparat source source Teploobminnij aparat u VikishovishiKlasifikaciyaZa sposobom peredachi teploti Poverhnevi de vidsutnij bezposerednij kontakt teplonosiyiv a peredacha tepla vidbuvayetsya cherez stinku priladu Zmishuvalni de teplonosiyi kontaktuyut bezposeredno Poverhnevi teploobminniki u svoyu chergu pidrozdilyayutsya na rekuperativni j regenerativni zalezhno vid odnochasnogo abo pochergovogo kontaktu teplonosiyiv zi stinkoyu yaka yih rozdilyaye Najchastishe vikoristovuvanij u promislovosti rekuperativnij teploobminnik teploobminnik u yakomu garyachij i holodnij teplonosiyi ruhayutsya v riznih kanalah u stinci mizh yakimi vidbuvayetsya teploobmin Zalezhno vid napryamku ruhu teplonosiyiv rekuperativni teploobminniki mozhut buti pryamotechijnimi pri paralelnomu rusi v odnomu napryamku protitechijnimi pri paralelnomu zustrichnomu rusi a takozh perehresnotechijnimi pri vzayemno perpendikulyarnomu rusi dvoh vzayemodiyuchih seredovish Zalezhno vid priznachennya teploobminni aparati vikoristovuyut yak nagrivachi i yak oholodzhuvachi Zagalni vidomostiProtitechiya A i pryamotechiya V Kozhuhotrubni teploobminniki odin prohid 1 1 paralelnij potik Kozhuhotrubni teploobminniki 2 projti storonu trubki 1 2 peretik Kozhuhotrubni teploobminniki 2 prohid z boku obolonki 2 2 protivotokom Pristroyi v yakih zdijsnyuyetsya proces masoobminu tobto vidbuvayetsya vzayemoproniknennya rechovin nazivayutsya masoobminnimi aparatami U teplomasoobminnih aparatah procesi maso i teploobminu protikayut odnochasno Za svoyim priznachennyam teploobminni i teplomasoobminni aparati riznomanitni i chasto mayut specialni nazvi tosho Na TES i AES odnim z teploobminnih aparativ ye pidigrivach zhivlyachoyi vodi U bud yakomu vipadku potribno viznachiti ploshu poverhni teploobminu pri zadanomu diametri trub potribno znajti yih chislo i dovzhinu Dlya rozrahunku neobhidni dani pro termichni opori perenesennyu teploti Pri comu dlya znahodzhennya koeficiyentiv teploviddachi vikoristovuyetsya Teplovij rozrahunok teploobminnogo aparatu metoyu yakogo ye viznachennya ploshi nazivayetsya konstruktorskim Dopustimo sho ye gotovij teploobminnij aparat napriklad sho serijno vipuskayetsya zavodom potribno diznatisya chi bude v nomu zabezpecheno pidigrivannya abo oholodzhuvannya teplonosiya do zadanoyi temperaturi Teplovij rozrahunok sho vikonuyetsya dlya virishennya vkazanoyi zadachi nazivayetsya perevirochnim Jogo metoyu ye znahodzhennya kincevih temperatur teplonosiyiv a takozh temperaturi poverhni pri zadanih pochatkovih temperaturah teplonosiyiv Masovi vitrati teplonosiyiv v bud yakomu tipi rozrahunku vvazhayutsya zadanimi velichinami Vid znachennya ploshi poverhni teplo i masoobminu zalezhat znachennya potokiv teploti i masi rechovini Tomu v tehnologichnih ustanovkah chasto vikoristovuyetsya metod rozpilyuvannya ridini yiyi droblennya na dribni krapli i zastosovuyutsya teplomasoobminni aparati z psevdo zridzhenim kiplyachim sharom tverdih chastok U ostannomu vipadku shvidkist gazu sho podayetsya v nizhnyu chastinu sharu chastok pidbirayetsya tak shob chastki ne buli neruhomimi i v toj zhe chas ne znosilisya z sharu potokom gazu Chastki sho znahodyatsya v zrivnovazhenomu stani intensivno peremishuyutsya z gazom sho zabezpechuye visoku intensivnist procesiv teplo i masoperenosu Teplomasoobminni aparati riznomanitni yih mozhna klasifikuvati za riznimi oznakami Teploobminni aparati pidrozdilyayutsya na rekuperativni regenerativni zmishuvalnogo tipu Ne zvazhayuchi na osoblivosti vlastivi teploobminnim i teplomasobminnim aparatam voni pracyuyut takim chinom sho u bud yakomu vipadku dlya nih vikonuyutsya zakoni zberezhennya energiyi masi rechovini i kilkosti ruhu Ci zakoni neobhidno vrahovuvati v bud yakih teplovih i gidromehanichnih rozrahunkah aparativ Rekuperativni teploobminniki Div takozh Rekuperaciya U rekuperativnih aparatah peredacha teploti vid odnogo teplonosiya do inshogo vidbuvayetsya cherez rozdilnu stinku napriklad stinku trubi Mozhlivi rizni shemi ruhu teplonosiyiv pryamotechijna teplonosiyi ruhayutsya uzdovzh poverhni nagrivu v odnomu napryami protitechijna teplonosiyi ruhayutsya v protilezhnih napryamah skladna napriklad perehresna techiya Kondensator parovoyi turbini U nomu zdijsnyuyetsya proces fazovogo perehodu v yakomu temperatura zalishayetsya postijnoyu a oholodzhuvalna voda maye dva hodi odin hid zliva napravo a drugij v protilezhnomu napryami Nayavnist dekilkoh hodiv dozvolyaye skorotiti gabaritni rozmiri aparatu shema aparatu z U podibnimi trubami ruh teplonosiyiv u nomu blizkij do protitechiyi Teploobminnim aparatom iz skladnoyu shemoyu potokiv teplonosiyiv ye kozhuhotrubnij teploobminnik z peregorodkami v mizhtrubnomu prostori Vodyanij ekonomajzer jogo shema navedena na ris 1 2 ne maye okremogo korpusu Vin roztashovanij v konvektivnij shahti parogeneratora U ekonomajzeri pidigrivannya zhivlyachoyi vodi zdijsnyuyetsya produktami zgorannya dimovimi gazami Shema ruhu blizka do perehresnogo toku Trubi ekonomajzera mozhut roztashovuvatisya yak u koridornomu tak i shahovomu poryadku na ris 1 2 trubi roztashovani v shahovomu poryadku U danomu teploobminniku znachennya teplovogo potoku zalezhit vid riznici temperatur teplonosiyiv i koeficiyenta teploperedachi Yak vidomo koeficiyent teploperedachi velichina zvorotna sumi termichnih oporiv Najbilshe zi vsih termichnih oporiv viznachaye intensivnist procesu teploperedachi Gabaritni rozmiri ekonomajzera mozhna zmenshiti zaminivshi gladki trubi na orebreni Regenerativni teploobminni aparati Na pokazanij nagrivach povitrya obertovogo tipu nagrivach povitrya Yungstrema V danomu vipadku teplota peredayetsya za dopomogoyu nabivki vikonanoyi z tonkih metalevih listiv U toj period chasu koli nabivka perebuvaye na storoni garyachih gaziv vona nagrivayetsya i akumulyuye teplotu yaka potim peredayetsya povitryu Obertovij nagrivach povitrya ye prikladom teploobminnika regenerativnogo tipu U inshomu vipadku teplonosiyi protikayut v odnomu i tomu zh kanali ale popereminno Koli cherez aparat protikaye garyachij teplonosij vin omivaye neruhomu nasadku sho akumulyuye teplotu Period nagrivannya nasadki zminyuyettsya periodom yiyi oholodzhuvannya koli vona omivayetsya holodnim teplonosiyem U regenerativnomu pidigrivachi vidbuvayetsya nestacionarnij proces teploperedachi Yak nasadochna poverhnya chasto vikoristovuyetsya cegelna kladka Protyagom pershogo ciklu roboti aparatu poverhnya cegelnoyi kladki omivayetsya visoko temperaturnim potokom produktiv zgorannya a protyagom drugogo ciklu holodnim povitryam abo inshimi komponentami gorinnya sho vikoristovuyutsya v tehnologichnih ustanovkah Aparati zmishuyuchogo tipu U zmishuyuchih aparatah zdijsnyuyetsya bezposerednij kontakt dvoh abo bilshe rechovini sho znahodyatsya v ridkomu abo gazopodibnomu stani Na TES i AES zastosovuyutsya pidigrivachi zmishuyuchogo tipu v yakih pidigrivannya zhivlyachoyi vodi vidbuvayetsya vnaslidok yiyi zmishuvannya z paroyu vidibranoyu vid turbini zazvichaj para vidbirayetsya vid cilindra nizkogo tisku turbini Zvazhayuchi na vidsutnist tverdoyi poverhni teploobminu vartist pidigrivacha zmishuyuchogo tipu mensha nizh pidigrivacha poverhnevogo tipu Krim togo cherez vidsutnist riznici temperatur ridin sho obminyuyutsya teplom na vihodi dani pidigrivachi mayut menshi entropijni vtrati tomu voni ekonomichnishi Dlya efektivnoyi roboti zmishuyuchogo aparatu vazhlive znachennya maye plosha kontaktu robochoyi poverhni dlya zbilshennya yakoyi chasto vikoristovuyutsya rizni nasadki u viglyadi kilec abo inshoyi formi Ridina stikaye vniz po poverhni nasadki a gaz v protilezhnomu napryami ruhayetsya vgoru Gazoridinni zmishuyuchi aparati skruberi zastosovuyutsya yak dlya oholodzhuvannya abo nagrivannya gaziv abo vodi tak i dlya ochishennya yih vid shkidlivih domishok Vidminnoyu osoblivistyu zmishuyuchih aparativ ye te sho v nih chasto zdijsnyuyutsya spilni procesi teplo i masoobminu Napriklad v skruberi shkidlivi domishki sho mistyatsya v gazi difunduyut v shar ridini Div takozhTeplova elektrostanciya TES Teplova mashina Teplova merezha Teplova pompa Teplova truba Akumulyator tepla Teplove viprominyuvannya Teplove rozshirennya Teplovij ekvivalent roboti Teplovij efekt reakciyi Teplovij komfort Teplovij potik Teplovij reaktor Teploviddacha Teploelektrocentral TEC Teploenergetika Teployemnist Teploizolyaciya RebojlerPrimitkiEnciklopedichnij girnichij slovnik Za redakciyeyu V S Bileckogo Doneck Shidnij vidavnichij dim u 3 h tomah 2001 2004 LiteraturaDSTU EN 247 2003 Teploobminniki Terminologiya EN 247 1997 IDT Mala girnicha enciklopediya u 3 t za red V S Bileckogo D Shidnij vidavnichij dim 2013 T 3 S Ya 644 s PosilannyaPovitronagrivnik Povitrooholodnik Teploobminnij aparat Terminologichnij slovnik dovidnik z budivnictva ta arhitekturi R A Shmig V M Boyarchuk I M Dobryanskij V M Barabash za zag red R A Shmiga Lviv 2010 S 155 189 ISBN 978 966 7407 83 4