Як працює теплообмінник?

Теплообмінники, які використовуються для передачі тепла між однією рідиною (рідиною або газом) та іншою рідиною (іншою рідиною чи газом), не допускаючи прямого контакту двох рідин одна з одною, використовуються як у процесах нагрівання, так і в процесах охолодження.

Теплообмінникивикористовуються в ряді застосувань, включаючи кондиціонування повітря, хімічні заводи, нафтохімічні заводи, нафтопереробні заводи, електростанції, переробку природного газу, охолодження, очищення стічних вод і опалення приміщень. Його також можна знайти в двигунах внутрішнього згоряння, де вони дозволяють охолоджувальній рідині двигуна протікати через змійовики радіатора, коли повітря протікає повз них, охолоджуючи охолоджуючу рідину, нагріваючи повітря.

Теплообмінник працює, пропускаючи тепло від однієї рідини до іншої, більш холодної, без їх змішування або безпосереднього контакту.

Наприклад, уявіть трубу з іншою трубою навколо неї. Внутрішня труба може дозволити гарячій рідині проходити через неї, тоді як холодніша рідина одночасно пропускається через зовнішню трубу. Це дозволило б холоднішій рідині знизити температуру більш нагрітої, оскільки більш тепла рідина одночасно збільшувала тепло більш холодної рідини. Звичайно, це простий приклад теплообміну, і є ряд інших факторів, які слід враховувати при дослідженні теплообмінників:

1. Паси

Вигинаючи труби, наприклад, у формі «S», ви можете дозволити рідинам зробити більше ніж один «прохід» перед виходом з теплообмінника. Однопрохідний – це пряма труба, де рідина досить швидко входить з одного кінця і виходить з іншого кінця теплообмінника. У подвійному проході використовується U-форма, так що рідина входить і виходить із теплообмінника з одного кінця, подовжуючи час, протягом якого рідини проходять-одну в теплообміннику. У потрійному проході використовується утворення у формі «S», яке дозволяє рідині тричі проходити по довжині теплообмінника перед виходом. Чим більше кількість проходів, тим більше доступна кількість тепла – просто тому, що рідини довше знаходяться разом у системі – хоча це також може призвести до перепадів тиску та втрати швидкості.

2. Температурний перехід-

Перехід-температури відбувається, коли тепло охолоджуючої рідини починає перетинатися з температурою гарячої рідини в теплообміннику. Наприклад, масло, що надходить у теплообмінник при 80⁰C разом із водою при температурі 30⁰C, може спостерігати перехід-їх температур, якщо масло знизиться до 50⁰C, коли вода досягне 51⁰C. У цей момент охолоджуюча рідина (вода) стала гарячішою за масло. Температурний-перехід може значно знизити ефективність теплообмінника, особливо під час охолодження. Цього можна уникнути, збільшивши швидкість потоку охолоджуючої рідини (див. «Швидкість потоку» нижче), щоб у системі було більше охолоджувальної рідини. Якщо температурного перепаду-не уникнути, використання пластинчастого теплообмінника (див. «Типи теплообмінника» нижче) є найкращим рішенням.

3. Різниця температур

Це стосується різниці температур між охолоджувачем і гарячою рідиною, яка є важливою в теплообміннику, як показано «температурним переходом-» (вище). Охолоджуюча рідина повинна підтримуватися при нижчій температурі, ніж гаряча рідина, і чим холодніша охолоджуюча рідина, тим ефективніше вона буде відводити тепло від гарячої рідини.

4. Швидкість потоку

Це кількість рідини, яка проходить через-переріз труби за певний період часу. Він розраховується як об’єм рідини за час течії рідини - з більшою швидкістю потоку, яка потенційно збільшує здатність теплообмінника передавати тепло. Однак більше рідини також означає більшу масу для транспортування, а також збільшення втрати тиску та швидкості.

Теплообмінники можна класифікувати за розташуванням потоку або за конструкцією самого теплообмінника.

Три основні класифікації потоку в теплообмінниках: паралельний-потік, зустрічний потік і перехресний-потік:

• Паралельний потік:Дві рідини надходять на одному кінці теплообмінника і рухаються паралельно, перш ніж вийти разом
• Зустрічний потік:Рідини надходять з протилежних сторін теплообмінника і рухаються по системі в протилежних напрямках. Це найефективніша схема потоку, оскільки середня різниця температур між рідинами залишається вищою по всій системі
• Поперечний-потік:У цій формі теплообмінника рідини рухаються перпендикулярно (під прямим кутом) одна до одної

Теплообмінники також можна класифікувати за типом, відповідно до фізичної конструкції теплообмінника:

• Подвійна труба:Це найпростіший тип теплообмінника, який використовується в промисловості. Як випливає з назви, вони складаються з двох трубок, через які можуть протікати рідини. Конфігурація потоку може бути паралельною або зустрічною, причому протитечія є більш ефективною, тоді як паралельна течія є кращою, якщо обидві рідини мають бути доведені до однакової температури. Ці теплообмінники прості та дешеві у проектуванні та обслуговуванні, але мають відносно низький рівень ефективності порівняно з іншими конструкціями
• Оболонка і труба:У кожухотрубних теплообмінниках використовується набір металевих трубок, через які тече одна рідина, оточених герметичною оболонкою, через яку тече друга рідина. Цей тип теплообмінника працює з усіма типами потоку – паралельним, зустрічним і перехресним- і його можна знайти в парових локомотивах. Перегородки використовуються для спрямування потоку рідини, викликання вібрацій у рідині та підтримки труб, тоді як ребра також можна використовувати з технологіями повітряного -охолодження (такими як інтер-охолоджувачі двигунів внутрішнього згоряння) для збільшення площі теплопередачі
• Пластина/плавник:У цьому типі теплообмінника використовуються стопки тонких металевих пластин, які утримуються окремими ребрами, утворюючи рівні, схожі на підлогу будівлі. Проте кожен із цих «поверхів»-самостійний і відокремлений від верхнього чи нижнього, утворюючи герметичний ряд трубок, через які можуть протікати рідини. Це створює велику площу поверхні, яка здатна швидко обмінюватися теплом, а також гарантує потік рідини по всій поверхні теплообміну, запобігаючи застою та накопиченню рідини. Пластини можуть бути створені різного розміру, глибини та форми, включаючи гофровані пластини, плиту та каркас, плиту та оболонку або спіральні пластини. Висока турбулентність потоку між пластинами створює більший теплообмін і зниження тиску. Цей тип теплообмінника використовується в таких додатках, як газові печі та котли.
• Повітряне охолодження:Цей тип теплообмінника зазвичай зустрічається в транспортних засобах та інших рухомих системах, де холодна вода недоступна. Замість двох рідин системи повітряного охолодження використовують холодне повітря від вентилятора або повітряний потік, спричинений рухом самого автомобіля.
• Конденсатори, котли та випарники:Цей тип теплообміну заслуговує на особливу згадку, оскільки він працює трохи інакше, ніж описані вище. Замість того, щоб вводити дві рідини (гарячу та холодну), вони використовують охолодження та конденсацію гарячого газу в рідку форму (і навпаки) для створення циклу теплопередачі. Це процес, який використовується паровими турбінами та парогенераторами, які використовують цикл випаровування води в пару та її подальше охолодження назад у рідину.
• Рекуператори:Рекуператор — це теплообмінник, призначений для уловлювання тепла, яке інакше було б втрачено, наприклад, тепло, що виділяється з будівлі. Тепле повітря направляється через канал поряд з окремим вхідним каналом холодної рідини для створення зустрічного потоку. Ось як працює вентиляційна система-з рекуперацією тепла, яка дозволяє провітрювати будівлю свіжим повітрям, не втрачаючи всього тепла від вихідного теплішого повітря
• Регенератори:Цей тип теплообмінника дозволяє як вхідній, так і вихідній рідинам рухатися через один канал у протилежних напрямках у різний час. Коли тепла рідина витікає, вона віддає частину свого тепла, а коли холодна рідина надходить, вона забирає частину залишкового тепла, яке там залишилося. Цей тип теплообміну використовується в двигуні Стірлінга, який використовує поршень для штовхання захопленого газу вперед і назад між джерелом тепла (наприклад, вогнем) і холоднішою зоною, або «раковиною», де втрачається тепло. Цей тип теплообмінника зменшує втрати тепла в системі шляхом «регенерації» тепла.

Теплообмінники використовуються для широкого спектру застосувань як у промисловому, так і в повсякденному використанні.

Хоча теплообмінники мають різні конструкції та системи потоку, усі вони працюють подібним чином; уможливлюючи тепловий контакт між більш гарячою та холоднішою рідинами (без фактичного змішування), щоб дві рідини відповідним чином нагрівали або охолоджували одна-одну.

Це покращує ефективність транспортних засобів та інших агрегатів, а також заощаджує витрати та знижує споживання енергії (і будь-який пов’язаний вплив на навколишнє середовище).

Отримайте плани HX

Ваші сценарії застосування теплообмінника (наприклад, харчова промисловість, нафтохімічна промисловість, енергетичне охолодження) і характеристики середовища (корозійність/в’язкість/температура) відрізняються, тому план специфікацій також буде ексклюзивно адаптований-будь ласка, повідомте нам про свої потреби, і ми надамо вам цільові параметри та пропозиції.

Електронна пошта:global@gneesteels.com