Классификация теплообменников по средству: Руководство по промышленной инженерии

Классификация теплообменников по средству классифицирует оборудование на основе физического состояния (фазы) жидкостей, обменивающихся тепловой энергией.Специфическая теплоемкость (c_p) и теплопроводность (k) среды напрямую диктуют общий коэффициент теплопередачи (U) и физический след оборудованияЧетыре основные промышленные классификации - это теплообменники "жидкость-жидкость", "газ-жидкость", "газ-газ" и "переменные фазы".

Системы жидкости-жидкости высокоэффективны из-за естественно высокой теплопроводности и плотности жидкостей (таких как вода, нефть и жидкие химические вещества).

Поскольку жидкости обладают отличными коэффициентами конвективной теплопередачи, эти обменники требуют значительно меньшей площади поверхности (A) для передачи заданного количества тепла (Q) по сравнению с газовыми системами.

• Общие средства массовой информации: вода в воду, нефть в воду, химикаты в воду.

• Типичное оборудование: теплообменники из плит и рамы, теплообменники из раковин и труб (без плавников).

• Основное применение: фармацевтическая обработка, пастеризация продуктов питания и напитков, смешивание химических веществ и охлаждение машин в замкнутом цикле.

Это наиболее распространенная классификация как в тяжелой промышленности, так и в коммерческих применениях.Эти системы преодолевают разрыв между высокоэффективной средой (жидкостью) и низкоэффективной средой (газом/воздухом).

Газы обладают чрезвычайно низкой теплопроводностью. чтобы математически компенсировать плохой коэффициент теплопередачи с газовой стороны,Инженеры должны искусственно увеличить площадь поверхности, подверженную воздействию газа.Это универсально достигается путем добавления расширенных поверхностей (плавников) на внешней стороне труб, содержащих жидкость.

• Общие средства: воздух-вода, воздух-охладитель, дымовые газы-вода.

• Типичное оборудование: воздушно-охлаждаемые теплообменники (охладители с вентилятором), автомобильные радиаторы, охладители HVAC.

• Основное применение: кондиционирование воздуха в окружающей среде, дистанционное охлаждение трубопроводов и охлаждение воды двигателя.

Теплообменники из газа в газ имеют массивную структуру, поскольку обе жидкости имеют плохие свойства теплопередачи.

Эти системы работают почти исключительно для восстановления отработанного тепла из выхлопных потоков для предварительного нагрева поступающего окружающего воздуха, улучшая общую термодинамическую эффективность установки.

• Общие среды: горячие выхлопные газы в воздух.

• Типичное оборудование: вращающиеся тепловые колеса (регенераторы), теплообменники с пластиновыми крыльями, трубчатые предварительные нагреватели воздуха.

• Основное применение: предварительное нагревание воздуха котла в электростанциях, криогенное разделение воздуха и восстановление тепла промышленной печи.

В системах с изменением фазы одна или обе жидкости претерпевают изменение состояния (кипение или конденсация) во время теплового обмена.

Передача тепла с изменением фазы использует скрытое тепло, а не чувствительный тепло.Эти обменники могут передавать огромное количество энергии с минимальными температурными градиентами и низкими массовыми потоками..

• Распространенные СМИ: Парообразование в воду (конденсация), охладитель в воздух (испарение), химическое испарение.

• Типичное оборудование: конденсаторы, испарители, перекипячители и парогенераторы.

• Основное применение: циклы ранкина паровых электростанций, циклы охлаждения и колонны химической дистилляции.

Основная физика, диктующая конструкцию этих обменников, зависит от состояния среды.

Для однофазной (чувствительной) передачи тепла (жидкость-жидкость, газ-газ, газ-жидкость)

Чтобы понять, почему размеры оборудования так сильно различаются, инженеры обращаются к коэффициенту общей теплопередачи (U).

Вопрос: Почему плавники почти никогда не используются в теплообменниках жидкости на жидкость?

Ответ: Жидкости обладают высокой теплопроводностью и высокими коэффициентами теплопередачи.Добавление плавников немного увеличит площадь поверхности, но одновременно создаст огромное внутреннее трение, вызывая неприемлемое падение давления (Delta P), которое перегрузило бы насосную систему, не обеспечивая существенной тепловой пользы.

Вопрос: Что такое "чувствительный теплообменник" против "латентного теплообменника"?

Ответ: разумный теплообменник изменяет температуру сред без изменения их физического состояния (например, охлаждение горячего масла холодной водой).Латентный теплообменник передает энергию путем изменения состояния среды при постоянной температуре (e.г., кипячение жидкой воды в пар).

Вопрос: Какую классификацию среднего уровня сложнее всего поддерживать?

О: Двухфазные системы (смены фаз), в частности котлы и испарители, обычно требуют наибольшего содержания.В процессе кипения жидкости часто остаются концентрированные растворенные твердые вещества и минералы, что приводит к быстрому измельчению и загрязнению поверхностей теплопередачи, что со временем сильно ухудшает значение U.