Меню

Перекрестный ток это в теплообменнике

Теплообменник, классификация теплообменников

Теплообменник, классификация теплообменников

Любой предмет и явление можно рассматривать с разных точек зрения, обозначим как минимум три:
• Как это сделано? Форма, материал.
Для чего это сделано? Выполняемые задачи и конкретные условия применения теплообменника.
Как это работает? Теплообменник и физические принципы, заложенные в его функционал
Начнём наглядно с третьего пункта – Как это работает?
В сосуде находится очень горячий напиток чай, который надо охладить. Заметим, что имеется три доступных способа –

Контактные теплообменники

1. Дуть на горячую жидкость – получаем контактный теплообмен. Воздух — газообразная среда непосредственно контактирует с жидкой средой напитка. Налицо теплообмен, но еще не теплообменник. Полноценными контактными теплообменниками являются градирни. Огромные «трубы» в форме необычных бочек, которые можно наблюдать на территории тепловых электростанций, — это гигантские контактные теплообменники . В них распыляется горячая вода, выходящая из конденсатора турбины, охлаждение производится атмосферным воздухом.

Регенеративный теплообменник

2. Можно поместить в чашку несколько охлаждённых ложек – произойдёт регенеративный теплообмен. Довольно необычно, но наглядно. Регенеративный теплообменник – это теплообменный аппарат, поверхность которого нагревающая и нагреваемая среды проходят попеременно.
Еще один яркий бытовой пример — каменка банной печи. Вначале горячие газы из печи нагревают специальные камни, а затем тепло, запасённое в них, регенерируется, когда испаряется вода, которой «поддали» в каменку, причём налицо регенерация с изменением агрегатного состояния (вода превращается в пар) или с фазовым переходом по другой терминологии.

Рекуперативный теплообменник

3. Если чашку с чаем поставить в миску с холодной водой получаем рекуперативный теплообменник охладитель. «Водяная баня», когда одну жидкость нельзя доводить до кипения и её подогревают в мелкой посуде, которая помещена в большую посуду, — явление того же порядка.

Типы теплообменников по движению теплоносителя и сред

Переходя к пункту 2 (Для чего это сделано?), обозначаем среды, проходящие через теплообменник:

• теплообменник вода-вода — кожухотрубные и пластинчатые теплообменники систем ГВС и центрального отопления, охладители масла в двигателе внутреннего сгорания, охладители напитков и многое другое;

• теплообменник пар-вода — различные подогреватели кожухотрубной конструкции (пар в кожухе, а в трубном пучке жидкость). Иногда могут быть и контактными, например деаэратор парового котла — тоже теплообменник, где пар не только дегазирует питательную воду, но и подогревает её. (См. рис.1);

• теплообменник пар-пар – применяется для получения низкопотенциального пара путём нагрева от высокопотенциального, например в стерилизаторах. (См. рис.2);

• теплообменник пар-газ; утилизация тепла выхлопа газовых турбин. (См. рис. 3);

• теплообменник газ-газ; конденсация газообразных сред в жидкую фазу или наоборот испарение (См. рис. 4);

• теплообменник газ-вода используется в теплообменниках-утилизаторах.

теплообменник пар вода

теплообменник пар пар

теплообменник пар газ

теплообменник газ газ

Первый пункт — Как это сделано? — требует более развёрнутого описания.
Теплообменники различаются по агрегатному состоянию сред нагревающей и нагреваемой.
Среды, проходящие через теплообменник, тоже имеют свои особенности (вязкость, содержание механических частиц, способность пригорать на стенках, необходимость стерилизации и т.д.).
По организации перемещения теплоносителей в агрегате смотрите рисунок ниже:

Схема движения теплоносителей (сред)

движение теплоносителей в теплообменнике

Прямоток – движение двух теплоносителей параллельно друг к другу в одном и том же направлении.
Противоток – движение двух теплоносителей параллельно друг к другу в противоположных направлениях.
Перекрёстный ток – движение двух теплоносителей во взаимно перпендикулярных направлениях.
Смешанный ток – один или более теплоносителей делают несколько ходов в аппарате, омывая при этом часть поверхности по схеме прямотока, а другую часть – согласно схеме противотока или перекрёстного тока.

По динамике агрегатных (фазовых) состояний теплонесущих сред теплообменники разделяются на аппараты:
• без фазовых переходов (подогреватели, охладители);

• со сменой агрегатного состояния одного из теплоносителей (испарители, конденсаторы);

• со сменой состояния обеих теплонесущих сред (агрегаты с повышенной интенсивностью теплообмена, в том числе вымораживатели, ректификаторы и др.).

Форма и содержание

Поскольку в компетенции нашей компании промывка и очистка всех типов теплообменников, то на этом классификационном признаке остановимся отдельно.
По конструкционным признакам теплообменники подразделяются на: кожухотрубные, пластинчатые, из оребрённых труб, спиральные, элементные (секционные), «труба в трубе» и другие. Рассмотрим основные из них:

Кожухотрубный теплообменник

Кожухотрубный теплообменник свойства и принцип работы

Кожухотрубный теплообменник состоит из трубного пучка, трубной решётки, кожуха-корпуса, крышек и патрубков, подводящих среды. Концы труб крепятся в трубных решётках развальцовкой, сваркой и пайкой. Трубки подгоняются к двум трубным решёткам посредством вальцевания или сварки. Крышки являются съёмными и предназначены для входа и выхода теплоносителя, который течёт по трубам. Межтрубное и трубное пространство разделяются. Второй теплоноситель находится в межтрубном пространстве, которое также имеет входные и выходные патрубки. Нередко по трубам текут вещества с твёрдыми включениями.
Кожухотрубные теплообменники могут иметь как вертикальное, так и горизонтальное исполнение.
Функционально они могут различаться также, как вертикаль отличается от горизонтали, например испаритель чиллера, где фреон испаряющийся в трубках охлаждает оборотную воду, или теплообменник ГВС, где сетевой теплоноситель подогревает расходную горячую воду.

Читайте также:  Тест по теме первая помощь при поражении электрическим током

кожухотрубный теплообменник гвс чиллера

кожухотрубный теплообменник испарителя

Недостатки и преимущества кожухотрубных теплообменников

Существует мнение, что кожухотрубные теплообменники «выносливее» и надёжнее пластинчатых теплообменников, однако сравнение типов конструкций тема другой статьи. Заметим, что в плане обслуживания (промывки, очистки и текущего ремонта) кожухотрубные аппараты требуют большей квалификации, однако и срок их эксплуатации значительно дольше.

Пластинчатый теплообменник

Теплообменник пластинчатый разборный

Разборный теплообменник принцип работы

Пластинчатые разборные теплообменники обладают интенсивным теплообменом (при своевременной очистке), простотой изготовления, компактностью, малыми гидравлическими сопротивлениями, удобством монтажа. Эти теплообменники состоят из отдельных пластин, разделённых прокладками, двух концевых камер, рамы и стяжных болтов. Пластины штампуют из тонколистовой стали (толщина 0,7 мм). Для увеличения поверхности теплообмена и турбулизации потока теплоносителя проточную часть пластин выполняют гофрированной или ребристой, причём оребрение может быть горизонтальным или “ёлочкой” (шаг гофр 11,5; 22,5; 30 мм; высота 4 — 7 мм). К пластинам приклеивают либо вставляют в пазы прокладки специальной формы для герметизации конструкции; теплоноситель направляют либо вдоль пластины либо через отверстие в следующий канал.

Движение теплоносителей в пластинчатых теплообменниках может осуществляться прямотоком, противотоком и по смешанной схеме. Поверхность теплообмена одного аппарата может изменяться от 1 до 160 м2, число пластин — от 7 до 303. В пластинчатых теплообменниках температура теплоносителя ограничивается 150 °С (с учётом свойств прокладок), давление не должно превышать 10 кгс/см2.

Преимущества и недостатки пластинчатых теплообменников разборных

К достоинствам данного типа аппаратов принято относить интенсивность теплообменного процесса, компактность, а также возможность полного разбора агрегата с целью очистки.

К недостаткам причисляют необходимость тщательной сборки для сохранения герметичности. Кроме того, минусами такой конструкции является склонность к деградации материалов, из которых изготовлены прокладки и сравнительно низкая тепловая стойкость.

Паяные теплообменники

Паяный пластинчатый теплообменник (неразборный) применение

Пластинчатые теплообменники могут быть неразборными паяными и востребованы там, где давление и температура выходят за пределы бытовых «гражданских» — осушители газов и технических жидкостей, конденсаторы, охладители и т.д.

пластинчатый теплообменник Funke

пластинчатый теплообменник Alfa Laval

Теплообменники из оребрённых труб

Конструкция, назначение и применение ребристых теплообменников

Достаточно открыть капот автомобиля, чтобы увидеть радиатор — теплообменник из оребрённых труб, в наружном блоке кондиционера и внутреннем тоже эти теплообменники делают общее дело, но выполняют разные функции, во внутреннем блоке происходит испарение хладагента, а в наружном — его конденсация, попросту говоря сброс в атмосферу.

Многие устройства генерируют большое количество вторичного тепла, которое нецелесообразно регенерировать, то есть повторно использовано в процессах. Такое тепло выводится в атмосферу. Для этих целей применяют различные типы охладителей. Конструкция охладителей с оребрёнными трубами состоит из ряда труб, внутри которых течёт охлаждаемая жидкость, а наличие рёбер ламелей позволяет добиться большой площади рассеивания тепла.

Ламели и трубки охладителя обдувают вентиляторы. Данный тип охладителей используется в случаях, когда отсутствует возможность забора воды для целей охлаждения: например на месте монтажа химических установок. Ребристые теплообменники применяются в аппаратах воздушного охлаждения. И вот теперь, когда с формой казалось бы всё в порядке, рассмотрим поближе содержание.

Большая часть охладителей, конденсаторов, секций нагрева и охлаждения вентиляционных установок, одним словом теплообменников из оребрённых труб, имеет медные трубки оребрённые алюминиевыми ламелями, однако ни для кого не секрет, что пара «МЕДЬ и АЛЮМИНИЙ» гальванически агрессивна:

таблица гальванической совместимости металлов

Почему этим правилом пренебрегает большинство производителей — ВОПРОС РИТОРИЧЕСКИЙ! Впрочем как и почему автовладельцы, готовые заплатить за надёжный латунный радиатор, который ремонтопригоден, вынуждены покупать одноразовые алюминиевые радиаторы.

Опыт обслуживания таких теплообменников в составе вентиляционного оборудования показывает то, что малейшая капля конденсата в месте стыковки медной трубки и алюминиевой ламели усиливает агрессивность гальваники в разы, если капель было много, то ремонт такого теплообменника — пустая трата сил и расходных материалов.

Читайте также:  Электронный миллиамперметр постоянного тока

Источник

Что такое противоток? Почему такая схема более эффективна для теплообменников?

По направлению движения теплоносителей кожухотрубные теплообменники делятся на теплообменники противотока и теплообменники параллельного потока. В этой статье мы обсудим, почему противоток обеспечивает более эффективное охлаждение.

Теплоноситель в кожухотрубном теплообменнике, как правило, проходит через центральный трубный сердечник, охлаждая горячее масло, воду или воздух, проходящие поверх и вокруг труб. Две жидкости в теплообменнике могут двигаться либо параллельно друг другу, либо противонаправленно. В этой статье мы рассмотрим, почему движение в противоположных направлениях более эффективно и почему компания Bowman рекомендует этот метод при установке своих теплообменников.

Параллельный поток или противоток – в чем разница?

Ответ – в самом названии: в теплообменниках параллельного потока жидкость, которую необходимо охладить, движется через теплообменник в том же направлении, что и теплоноситель.

Хотя такая схема обеспечивает охлаждение, у нее есть определенные ограничения.

Например, если горячая жидкость на входе в теплообменник имеет температуру, скажем, 100 °C, а температура теплоносителя на входе в теплообменник – 30 °C, то средняя разность температур двух жидкостей уменьшается. Это происходит потому, что поступающий в теплообменник теплоноситель, проходя параллельно горячей жидкости, постепенно нагревается по всей длине теплообменника, а так как холодная вода поступает только рядом с самым горячим участком устройства, теплообменник не может охладиться до температуры ниже, чем температура собственно теплоносителя, как показано на рисунке ниже.

Более того, при использовании такой схемы в теплообменнике может возникнуть термическое напряжение, так как одна половина устройства заметно теплее другой.

В чем отличие противотока?

Теплоноситель, поступающий в теплообменник противотока, поглощает тепло по мере движения «горячей» жидкости в противоположном направлении. При прохождении через теплообменник теплоноситель нагревается, но так как в устройство поступает более холодная вода, она поглощает больше тепла, понижая температуру гораздо эффективнее, чем в теплообменнике параллельного потока.

Как показано на рисунке ниже, средняя разность температур теплоносителя и охлаждаемой жидкости практически постоянна по всей длине теплообменника, что существенно уменьшает термическое напряжение устройства.

Что же это означает?

Хотя теплообменник параллельного потока обеспечивает понижение температуры, он далеко не так эффективен, как теплообменник противотока, и для достижения нужной температуры на выходе, возможно, потребуется более мощное устройство.

В отличие от параллельного потока, противоток значительно более эффективен: в зависимости от расхода и температуры, коэффициент теплопередачи может быть на 15% выше, что, в свою очередь, означает возможность использования меньшего теплообменника и экономию пространства и денег!

Для выбора правильного теплообменника компания Bowman использует специальную компьютерную программу. За более подробной информацией обращайтесь по телефону +44 (0)121 359 5401 или электронной почте [email protected] .

Источник

Перекрестный ток это в теплообменнике

Основная задача теплообменников заключается в передаче тепловой энергии между несколькими теплоносителями, которые проходят через это оборудование. Устройство аппарата зависит от течения теплоносителей и их взаимной геометрии. Есть несколько конфигураций направления.

Противоток

Противоточный теплообменник представляет собой устройство с параллельным перемещением теплоносителей относительно друг друга. Такое устройство считается эффективным за счет наиболее результативного использования разности температур.

Противоток

Параллельное однонаправленное течение

Название вида теплообменника само говорит за себя: теплоносители перемещаются в одном направлении, параллельно друг другу. Если при проектировании объекта важное значение придается эффективному использованию разности температур, то такой тип оборудования не подходит. Он используется в случае необходимости иметь примерно одинаковую температуру стенки, передающей тепло.

Перекрестный ток

Такое устройство предполагает, что теплоносители двигаются под прямым углом относительно друг друга. Так, первое течение проходит в трубах, которые собраны в пучок. Второй теплоноситель перемещается между этими трубами в целом перпендикулярно их оси. Такой теплообменник по эффективности находится между первым и вторыми вышеуказанными устройствами. Преимуществом аппарата является более простая конструкция.

Перекрестный ток

Перекрестное течение с противотоком

Иногда теплообменники сконструированы таким образом, что течение теплоносителей в них практически идеально с точки зрения теплоотдачи. Такое оборудование сочетает в себе простоту конструкции и эффективность теплообмена. Экономичность аппарата повышается по мере увеличения числа ходов в нем.

Перекрестное течение с противотоком

Многоходовой ток в трубах и в пространстве между ними

Один и тот же теплообменник можно сконструировать таким образом, чтобы в нем комбинировались характеристики, присущие противоточному и параллельному оборудованию. Для этого нужно предусмотреть поворот труб, находящихся в одном корпусе. Количество поворотов не ограничено. Такой же эффект может быть и при использовании прямых труб, если грамотно внедрить коллекторы, представляющие собой трубы в форме U, или серпантин. Так, по конструкции аппарат будет простым, а отверстия для труб будут располагаться с одной стороны кожуха.

Читайте также:  Определить начальный ток кз в токе короткого замыкания

Многоходовой ток в трубах и в пространстве между ними

Общий случай

Выше описаны отдельные варианты движения теплоносителей. На практике теплообменник состоит из многоходовых течений сред, которые взаимно проникают друг в друга. Для поступления теплоносителей в общий резервуар есть несколько входных точек и столько же – выходных. Жидкость в аппарате может течь трехмерно, но есть зона рециркуляции с замкнутой линией тока.

Общий случай

Регенераторы

Выше приведены примеры, в которых теоретически течение теплоносителей стационарное, и они одновременно проникают в теплообменник. Такой теплообменник получил название рекуператора. Но есть и теплообменники – регенераторы. В них теплоносители проникают в одно и то же пространство друг за другом, и тепло передается от одного теплоносителя другому.

Регенератор может иметь однонаправленные противоточные теплоносители и перекрестные. Самый простой противоточный генератор – это труба прямая горизонтальная. Регенератор относится к аппаратам периодического действия, потому что его устройство предполагает регулярную смену двух потоков.

Для расчета характеристик теплообменника нужно выполнить следующие действия:

  • Задается схема движения теплоносителей в аппарате;
  • Устанавливается расход теплоносителя по определенным направлениям;
  • Определяются показатели термических сопротивлений при передаче тепла для каждой точки теплообменника.
  • Распределяется температура отдельных потоков.

При изменении термических сопротивлений, сложности схемы течения такое уравнение можно решить лишь численным методом. Естественно, без навыков сложно тотчас определить, какое значение термического сопротивления можно принять для теплообменника, который предполагается оборудовать на объекте. Очень часто температура теплообменника напрямую зависит от местного значения температуры теплоносителя.

Источник



Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Перекрестный ток

Перекрестный ток может быть конструктивно организован по-разному. В некоторых случаях один теплоноситель течет внутри пучка параллельных труб, а другой омывает эти трубы снаружи в поперечном направлении. Наиболее ясным с точки зрения представления расчетной схемы является организация перекрестного тока в пластинчатом теплообменнике, когда в одних каналах, образованных параллельными пластинами, течет горячий теплоноситель, а в других каналах ( через один) — другой теплоноситель в перекрестном направлении. [1]

Перекрестный ток относится к такому движению, при котором оба теплоносителя движутся во взаимно перпендикулярных направлениях. Значение переданного теплового потока между двумя теплоносителями зависит от степени перемешивания каждого из теплоносителей, движущихся по своим направлениям течения. В тепло-обменных аппаратах с перекрестным током используются многочисленные комбинации перемешивающихся и неперемешивающихся теплоносителей. [2]

Перекрестный ток ( рис. 131, в), при котором, жидкости, участвующие в теплообмене, протекают под прямым углом одна относительно другой. [4]

Перекрестный ток ( рис. 186 / / /), при котором жидкости, участвующие в теплообмене, протекают под прямым углом одна относительно другой. [6]

Перекрестный ток имеет различия по условиям перемешивания каждой из сред в пределах ходов и между ними; по числу ходов; по общей схеме взаимного движения сред — общий прямоток или общий противоток. [8]

Вертикальный перекрестный ток — случай более сложный, чем аналогичное течение в горизонтальной плоскости. Здесь имеется дополнительная неопределенность, связанная с расчетом гравитационной составляющей градиента давления. [10]

Схемы перекрестного тока в теплообменных аппаратах диктуются обычно конструктивными соображениями, а не теплотехническими преимуществами, и редко технологическими требованиями. Варианты 1 и 3 характерны для кожухо-трубных, а вариант 2 -для пластинчатых аппаратов. Заметим, что вариант 3 часто усложняется многоходовым движением теплоносителя в трубах, представляя собой во всех случаях сочетание перекрестного тока с противотоком и прямотоком. [11]

Для перекрестного тока эти уравнения не имеют смысла, поскольку параметры в каждом потоке зависят не от одной координаты, а по крайней мере от двух. [13]

Тарелки перекрестного тока и прямоточные имеют переливные устройства, а противоточные тарелки провального типа переливных устройств не имеют. [14]

Колонны перекрестного тока и полного смещения характеризуются тем, что взаимодействие фаз в этих аппаратах происходит при барботаже паровой фазы через жидкую, поэтому эти колонны называют барботажными. Барботаж пара через жидкость происходит на горизонтальных тарелках, поэтому обе группы колонн называются также тарельчатыми. [15]

Источник