Специальный раздел о теплообменниках: 【Тема недели】 Как теплообменники передают тепло? (27.06.2011–03.07)

Последнее изменение в этом посте было сделано ray1513 27.06.2011 в 12:19. Теплообменник – это специальное устройство, которое использует принцип теплопередачи для передачи части тепла от горячей жидкости к холодной жидкости; его также называют теплообменным аппаратом. Теплообменники классифицируются в зависимости от способа передачи тепла на три типа: смешанные теплообменники, теплообменники с накоплением тепла и теплообменники с перегородками. Смешанный теплообменник, также называемый контактным теплообменником, — это устройство для обмена теплом, в котором происходит обмен теплоты за счёт прямого контакта и смешивания холодной и горячей жидкостей. Благодаря своевременному разделению после смешивания и теплообмена двух потоков жидкостей осуществляется обмен теплом. Такие теплообменники подходят для теплообмена между газом и жидкостью. Принцип работы теплообменника с накоплением тепла основан на поверхности накопителя тепла, расположенного в камере накопления. Холодная и горячая жидкости поочередно проходят через эту поверхность, в результате чего происходит обмен тепловой энергией. Используется в различных отраслях, например, в камерах накопления тепла под коксовыми печами для предварительного нагрева воздуха. Такие теплообменники в основном используются для восстановления и использования тепла от горячих отходящих газов. Аналогичные устройства, предназначенные для восстановления холода, называются аккумуляторами холода и часто используются в установках для разделения воздуха. Теплообменник с перегородками — это теплообменник, в котором холодная и горячая жидкости разделены твердой перегородкой, и тепло обменивается через эту перегородку; поэтому его также называют поверхностным теплообменником. Этот тип теплообменников наиболее широко используется. Относительное направление потока жидкости в теплообменнике обычно бывает двумя: по течению и против течения. При движении по течению разница температур двух жидкостей входного отверстия наибольшая и по мере продвижения вдоль поверхности теплообмена постепенно уменьшается, достигая минимума у выходного отверстия. При обратном потоке распределение температурного разницы между двумя флюидами вдоль поверхности теплообмена более равномерное. При постоянных температурах на входе и выходе холодной и горячей жидкостей, когда ни у одной из жидкостей не происходит фазовых превращений, средняя разница температур при обратном потоке является наибольшей, а при прямом — наименьшей. При передаче одинакового количества тепла использование обратного потока позволяет увеличить среднюю разницу температур, что в свою очередь снижает площадь поверхности теплообменника ； При неизменной площади теплообмена использование обратного потока позволяет снизить расход теплоносителя, используемого для нагрева или охлаждения. Первый вариант позволяет сократить затраты на оборудование, а второй — затраты на эксплуатацию; поэтому при проектировании или производстве следует по возможности использовать обмен теплом в обратном направлении. Когда у холодной или горячей жидкости, либо у обеих одновременно, происходит фазовый переход (кипение или конденсация), при этом выделяется или поглощается только потенциальная теплота испарения; температура самой жидкости не меняется. Поэтому температура на входе и выходе из жидкости остается одинаковой. В таком случае разница температур между двумя жидкостями не зависит от направления их потока. Помимо течения по течению и против течения, существуют также такие направления течения, как перекрестное течение и извилистое течение. Снижение теплового сопротивления перегревателя с промежуточной стенкой, экономия энергии и, как следствие, повышение коэффициента теплообмена — это важная проблема. В общем случае тепловой сопротивление металлических стенок относительно невелико.

Ответ 1# w9970165: В наиболее распространенных перегревателях с промежуточной стенкой основными способами передачи тепла являются кондукция и конвекция. Горячая жидкость сначала передает тепло к одной стороне стенки трубы посредством конвекции, затем тепло переносится от одной стороны стенки к другой посредством кондукции. Наконец, на другой стороне стенки трубы тепло снова передается холодной жидкости посредством конвекции, тем самым завершая процесс теплообмена в теплообменнике.

Смешанный теплообменник основан на прямом контакте холодной и горячей жидкостей для передачи тепла. Такой способ теплообмена позволяет избежать теплового сопротивления, связанного с наличием перегородок между жидкостями и загрязнениями на их поверхностях. При хорошем контакте между жидкостями скорость передачи тепла бывает высокой. Следовательно, во всех случаях, когда допускается смешивание жидкостей, можно использовать смесительные теплообменники, например, для промывки и охлаждения газов, охлаждения циркулирующей воды, смешанного нагрева пара и воды, конденсации пара и так далее. В зависимости от назначения, смешанные теплообменники делятся на следующие типы: (1) Башни охлаждения (или башни с холодной водой). В таких устройствах с помощью естественной или механической вентиляции охлаждается вода, температура которой повысилась в процессе производства; затем эта вода снова используется в цикле, что способствует повышению экономической эффективности системы. Например, циркулирующая вода в тепловых электростанциях или атомных электростанциях, вода для охлаждения при производстве синтетического аммиака и т. д. После охлаждения в водонагревателях такая вода снова используется в цикле. Этот метод находит широкое применение в практической инженерии. (2) Башня для промывки газов (или просто промывочная башня) 　В промышленности такое оборудование используется для промывки газов в различных целях: например, для поглощения некоторых компонентов из газовой смеси с помощью жидкости, для удаления пыли из газа, а также для увлажнения или осушения газа. Однако его наиболее распространенное применение — охлаждение газов, причем в качестве жидкости для охлаждения чаще всего используется вода. Камера распыления, широко используемая в системах кондиционирования воздуха, можно считать её особой формой. Камера распыления может не только охлаждать воздух, как газовая чистильная башня, но и нагревать его. Однако у него также есть недостатки: высокие требования к качеству воды, большая площадь, высокое энергопотребление насосов и т. д. Поэтому в обычных зданиях камеры для распыления сейчас редко используются или применяются лишь в качестве устройств для увлажнения воздуха. Однако его по-прежнему в больших количествах используют на текстильных фабриках, фабриках по производству сигарет и т. д., где основной целью является регулирование влажности! (3) Реактивный теплообменник 　　В таком устройстве жидкость с высоким давлением выталкивается через сопло, при этом достигается очень высокая скорость. Жидкость с низким давлением поступает в камеру смешивания, где вступает в прямой контакт с струей для передачи тепла. Затем обе жидкости вместе попадают в трубку диффузии; на выходе из нее они имеют одинаковое давление и температуру, после чего поступают к потребителю. (4) Смешанный конденсатор. В таком устройстве пар конденсируется путем прямого контакта воды с паром. :)

Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем prt0683 27.06.2011 в 15:32. Разница температур является движущей силой процесса передачи тепла. Процесс передачи тепла может происходить трьумя способами: конвекцией, кондукцией и излучением

Считаются ли солнечные коллекторы? Это устройства, предназначенные для поглощения солнечного излучения, преобразования его в тепловую энергию и передачи её теплоносителю. Распространенными являются плоскопанельные, трубчатые и фокусирующие солнечные коллекторы

Наиболее распространенные перегреватели с промежуточной стенкой используют два основных способа передачи тепла: кондукцию и конвекцию. Горячая жидкость сначала передает тепло к одной стороне стенки трубы посредством конвекции, затем тепло переносится от одной стороны стенки к другой посредством кондукции. Наконец, на другой стороне стенки трубы тепло снова передается холодной жидкости посредством конвекции, тем самым завершая процесс теплообмена в теплообменнике.

Ответ на сообщение 1# w9970165: 1. Повышение коэффициента теплопередачи. Чтобы повысить коэффициент теплопередачи в теплообменнике, необходимо одновременно повысить коэффициенты теплопередачи на поверхностях пластин с холодной и горячей сторон, уменьшить тепловое сопротивление слоя загрязнений, использовать пластины с высокой теплопроводностью и сократить толщину пластин. Только так можно эффективно повысить коэффициент теплопередачи в теплообменнике. а. Повышение коэффициента теплопередачи по поверхности пластин. Благодаря волнистой структуре пластин в теплообменниках типа пластины поток жидкости при малых скоростях приводит к возникновению турбулентности (при числе Рейнольдса 150). Это позволяет добиться высокого коэффициента теплопередачи по поверхности. Коэффициент теплопередачи зависит от геометрической структуры волн на пластинах, а также от состояния потока жидкости. Формы волн на пластинах включают зигзагообразную, прямую, сферическую и т. д. В результате многолетних исследований и экспериментов было установлено, что при форме волнистой поверхности в виде треугольника коэффициент теплопередачи является наибольшим; при этом падение давления невелико, а распределение напряжений при действии нагрузки равномерное. Однако листы в форме зигзага, обработка которых затруднена, имеют более высокий коэффициент теплопередачи. Кроме того, чем больше угол между волнами, тем выше скорость потока среды в каналах между листами, а значит, и коэффициент теплопередачи. б. Снижение теплового сопротивления слоя загрязнений. Ключ к снижению теплового сопротивления слоя загрязнений в теплообменниках заключается в предотвращении образования наростов на пластинах. При толщине налета на пластинах 1 мм коэффициент теплопередачи снижается примерно на 10%. Поэтому необходимо внимательно контролировать качество воды с холодной и горячей стороны теплообменника, чтобы предотвратить образование налета на пластинах и прилипание примесей к ним. Некоторые организации, занимающиеся отоплением, для предотвращения кражи воды и коррозии металлических элементов, добавляют в теплоноситель специальные вещества. Поэтому необходимо обращать внимание на качество воды, а также на то, как вязкие вещества могут привести к загрязнению пластин теплообменника. Если в воде присутствуют липкие примеси, для их устранения следует использовать специальные фильтры. При выборе средства следует отдавать предпочтение средствам, не имеющим липкости. в. Использовать пластины с высокой теплопроводностью. В качестве материала для пластин могут использоваться аустенитная нержавеющая сталь, титановые сплавы, медные сплавы и т. д. Нержавеющая сталь обладает хорошими теплопроводными свойствами: коэффициент теплопроводности составляет примерно 14,4 Вт/(м·К). У нее высокая прочность, отличные свойства для штамповки, она плохо окисляется. Цена нержавеющей стали ниже, чем у титановых и медных сплавов. Она наиболее часто используется в системах отопления. Однако ее способность сопротивляться коррозии под действием хлорид-ионов слаба. д. Уменьшение толщины пластин. Размер толщины пластин не влияет на их стойкость к коррозии; он важен для определения способности теплообменника выдерживать давление. Утолщение пластин позволяет повысить прочность теплообменника при действии давления. При использовании соединения в форме зигзага смежные пластины располагаются друг над другом так, что их волны соприкасаются, что обеспечивает высокую плотность и равномерное распределение опорных точек. Структуры уплотнения на углах пластин и по их краям постепенно совершенствуются, что позволяет теплообменнику обладать хорошей способностью выдерживать давление. Максимальная нагрузка, которую может выдержать отечественный съемный плитчатый теплообменник, достигла 2,5 МПа. Толщина пластин оказывает значительное влияние на коэффициент теплопередачи: при уменьшении толщины на 0,1 мм общий коэффициент теплопередачи у симметричных пластинчатых теплообменников увеличивается примерно на 600 Вт/(м·К), а у асимметричных — примерно на 500 Вт/(м·К). При соблюдении пределов прочности теплообменника следует стараться использовать пластины с меньшей толщиной. II. Большая логарифмическая средняя разница температур. У пластинчатых теплообменников существуют режимы обратного, прямого и смешанного потока. При одинаковых условиях работы максимальная логарифмическая средняя разница температур наблюдается при обратном потоке, минимальная — при прямом потоке, а при смешанном типе потока она находится между этими значениями. Способом повышения логарифмической средней разницы температур в теплообменнике является максимальное использование режима обратного потока или режима смешанного потока, близкого к обратному, а также максимальное повышение температуры жидкости на горячей стороне и снижение температуры жидкости на холодной стороне. III. Определение положения труб входа и выхода Для пластинчатых теплообменников с однонаправленным потоком, в целях удобства технического обслуживания, трубы входа и выхода жидкости следует располагать как можно ближе к фиксированной стенке теплообменника. Чем больше разница температур между средами, тем сильнее происходит естественная конвекция жидкости, и тем более заметным становится влияние зоны задержки. Поэтому вход и выход среды должны быть расположены таким образом: для горячей среды — сверху вниз, а для холодной среды — снизу вверх. Это позволяет снизить влияние зоны задержки и повысить эффективность теплообмена в теплообменнике.

Ответ 6# penryn

Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем string_0 28.06.2011 в 04:22. Передача тепла в теплообменнике происходит в основном через следующие процессы. 1. Тепло передается от центральной части высокотемпературной среды к её краю посредством конвекции (способ теплопередачи; скорость зависит в основном от степени турбулентности среды).
2. Тепло передается от слоя высокотемпературной среды к стенке трубы (в основном определяется коэффициентом теплопроводности; на него влияет множество факторов, включая наличие налета и свойства высокотемпературной среды).
3. Тепло передается с внешней стороны стенки трубы на её внутреннюю сторону посредством теплопроводности (способ теплопередачи; скорость зависит в основном от свойств металла).
4. Тепло передается с внутренней стороны стенки трубы к слою низкотемпературной среды (в основном определяется коэффициентом теплопроводности; на него влияет множество факторов, включая наличие налета и свойства низкотемпературной среды).
5. Тепло передается от слоя низкотемпературной среды к слою с турбулентным потоком низкотемпературной среды (в основном зависит от степени турбулентности и свойств низкотемпературной среды)

Способы передачи тепла в основном делятся на три: кондукция, конвекция и излучение; все теплообменники используют один из этих способов.

Приходите, чтобы изучить * понятие теплообмена

Ответ 1# w9970165, автор вопроса: вероятно, многие знают ответ на этот вопрос, но его сложно дать. По моему личному мнению, процесс передачи тепла в теплообменниках неизбежно подчиняется закону Фурье. Согласно этому закону, количество тепла, проходящего через данную площадь поверхности в единицу времени, пропорционально скорости изменения температуры в направлении, перпендикулярном этой площади, а также площади самой площади поверхности. Направление передачи тепла совпадает с направлением повышения температуры.

Ответ 1# w9970165: В химическом производстве для теплообмена между холодными и горячими жидкостями обычно используется конвективный теплообменник. При теплообмене с промежуточной стенкой сначала горячая жидкость передает тепло твердой стенке посредством конвективного теплообмена. Затем твердая стенка на стороне с высокой температурой передает тепло стенке на стороне с низкой температурой посредством кондуктивного теплообмена. Наконец, твердая стенка на стороне с низкой температурой передает тепло холодной жидкости посредством конвективного теплообмена. Другими словами, процесс передачи тепла между жидкостями по обе стороны перегородки представляет собой процесс, в котором происходит последовательная передача тепла посредством конвекции, кондукции и снова конвекции.

Подойдите, посмотрите на ответ — вопрос слишком общий. Прямое смешивание: неизвестно, считается ли это теплообменником; в любом случае здесь присутствуют все три способа передачи тепла. Эффективность теплообмена также является максимальной. Различные типы теплообменников: обычные трубчатые, пластинчатые, спирально-пластинчатые, с плавающими головками, с намотанными трубами, сварные пластинчатые, трубы в форме буквы U, втулочные, с нисходящей пленкой и так далее. Все это разнообразие – на самом деле речь идет о способах оптимизации коэффициента теплообмена путем изменения способа движения жидкостей между стенками теплообменника и длины каналов для их прохождения, чтобы достичь более эффективного результата при соблюдении требований процесса. Пожалуйста, не обижайтесь, вчера вечером я слишком много выпил и ещё не в полном сознании. . . . .

Если существует разница температур, то неизбежно происходит передача тепла. . . Конкретные механизмы передачи тепла в различных устройствах, как уже говорилось ранее

Мы знаем, что существует три способа передачи тепла: 1. конвекция； 2. Теплопроводность ； 3. Тепловое излучение. Смешанный теплообменник — конвекция ； Теплообменник с накоплением тепла — это теплопередача ； В перегревателях с промежуточными стенками, помимо высокотемпературного газа, происходит совместное действие конвекции и теплопроводности ； В телах холодной и горячей жидкости происходит теплообмен конвекцией ； Теплопередача происходит в граничных слоях холодной и горячей жидкостей, на налетах и между перегородками. Тепловое излучение трехатомных газов составляет значительную долю лишь при температурах в несколько сотен градусов.

Только при наличии разницы температур возникает тепло :)

Самым распространенным случаем является теплообмен при соприкосновении горячей и холодной жидкостей.

Учись*! ! ! Давайте посмотрим! ! !