 |
Теоретические основы теплообмена.
|
|
|
|
Содержание
| Введение | |
| 1.Теоретическая часть | |
| 1.1.Теоретические основы теплообмена | |
| 1.2.Устройство и принцип действия спирального теплообменника | |
| 1.3.Техника безопасности | |
| 2.Технологическая схема | |
| 2.1.Технологический расчет | |
| Заключение | |
| Список литературы | |
Введение
Процессы теплообмена играют важную роль в современной технике. Особенно широко процессы теплообмена используют в химической, энергетической, металлургической и пищевой промышленности.
Теплообменные аппараты применяются для осуществления теплообмена между двумя теплоносителями с целью нагрева или охлаждения одного из них. В зависимости от этого теплообменные аппараты называют подогревателями или холодильниками. В ряде случаев целевое назначения имеют оба процесса – нагревание холодного теплоносителя и охлаждение горячего.
По способу передачи тепла различают следующие типы теплообменных аппаратов:
- поверхностные, в которых оба теплоносителя разделены стенкой, причем тепло передается через поверхность стенки путем конвекции в
теплоносителях и теплопроводности стенки;
- регенеративные, в которых процесс передачи тепла от горячего
теплоносителя к холодному разделяется по времени на два периода, и про
исходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки теплообменника.
- смесительные, в которых теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей. Применение смесительных теплообменников ограничено только теми случаями, когда по технологическим
условиям допустимо разбавление нагреваемого или охлаждаемого вещества
водой.
Спиральные теплообменники, поверхность теплообмена в котором образуется двумя металлическими листами свернутыми в спирали, образующие два спиральных прямоугольных канала, по которым двигаются теплоносители. Внутренне концы спиралей соединены разделительной перегородкой - керном. Для придания спиралям жесткости и фиксирования расстояния между ними служат металлические прокладки. Система каналов закрыта с торцов крышками.
|
|
|
Преимущества спиральных теплообменников:
Ÿ компактность;
Ÿ возможность пропускания обоих теплоносителей с высокими скоростями, что обеспечивает большой коэффициент теплопередачи;
Ÿ малое гидравлическое сопротивление по сравнению с другими типа
ми поверхностных теплообменников.
Недостатками спиральных теплообменников являются:
Ÿ сложность изготовления и ремонта;
Ÿ пригодность для работы под избыточным давлением не более 0,6 МПа.
Спиральные теплообменники могут использоваться как для теплообмена между двумя жидкими теплоносителями, так и для теплообмена между конденсирующимся паром и жидкостью.
Теоретическая часть
Теоретические основы теплообмена.
Теплообменом называется процесс переноса теплоты, происходящий между телами, имеющими различную температуру. При этом теплота переходит самопроизвольно от более нагретого к менее нагретому телу. В результате передачи теплоты происходят: нагревание — охлаждение, парообразование — конденсация, плавление— кристаллизация. Теплообмен между телами представляет собой обмен энергией между молекулами, атомами и свободными электронами; в результате теплообмена интенсивность движения частиц более нагретого тела снижается, а менее нагретого – возрастает.
Теплообменные процессы могут происходить только при наличии разности температур между теплоносителями, т. е. разность температур — движущая сила теплообмена.
|
|
|
Теплота от одного тела к другому может передаваться теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.
Теплопроводность представляет собой перенос тепла вследствие беспорядочного (теплового) движения микрочастиц, непосредственно соприкасающихся друг с другом. Это движение может быть либо движением самих молекул (газы, капельные жидкости), либо колебанием атомов (в кристаллической решётке твёрдых тел), или диффузией свободных электронов (в металлах).
Конвенция — это перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объёмов газа или жидкости. Перенос теплоты возможен в условиях естественной конвекции, при которой движение частиц вызвано разностью плотностей в различных точках объема, вследствие разности температур в этих точках, и принудительной конвекции при перемещении всей массы газа или жидкости.
Лучеиспускание (тепловое излучение) — процесс распространения теплоты с помощью электромагнитных волн, обусловленный только температурой и оптическими свойствами излучающего тела, при этом внутренняя энергия тела переходит в энергию излучения.
В действительных процессах все эти три способа теплообмена обычно сопутствуют друг другу и часто связаны с переносом массы (диффузией), т. е. имеет место сложный тепло- и массообмен.
Процесс передачи теплоты от горячей жидкости (газа) к холодной через стенку называется теплопередачей.
В процессе теплопередачи переносу тепла конвекцией сопутствуют теплопроводность и теплообмен излучением. Однако для конкретных условий преобладающим обычно является один из видов распространения тепла.
Температуры теплоносителей обычно изменяются вдоль поверхности F разделяющей их стенки. При этом температуры теплоносителей могут оставаться постоянными во времени и выражаться зависимостью t = f(F), что характеризует установившиеся процессы теплообмена.
Теплопередача при переменных температурах зависит от взаимного движения теплоносителей. В непрерывных процессах теплообмена возможны следующие варианты направления движения жидкостей друг относительно друга вдоль разделяющий их стенки:
1.параллельный ток или прямоток – теплоносители движутся в одном направлении:
|
|
|
2. противоток – теплоносители движутся в противоположных направлениях:
3. перекрестный ток – теплоносители движутся взаимно перпендикулярно один другому:
Для охлаждения в теплообменниках применяют охлаждающие агенты. Наиболее распространенные и доступные – вода и воздух. Вода имеет большую теплоемкость и более высокий коэффициент теплоотдачи, чем воздух. Атмосферный воздух как охлаждающий агент используется по его принудительной циркуляции с помощью вентиляторов в теплообменных вентиляторах с увеличением поверхности теплообмена.
Достоинство воздуха как охлаждающего агента является его доступность. Для охлаждения до температуры ниже 0 0С применяют такие хладагенты, как аммиак и хладоны.
По сравнению с воздухом вода отличается большой теплоемкостью, более высокими коэффициентами теплоотдачи и позволяет проводить охлаждение до более низких температур.
Атмосферный воздух, несмотря на относительно низкие коэффициенты теплоотдачи, находит в последнее время всё большее распространение в качестве охлаждающего агента.
|
|
|
