Как работи топлообменникът?

Използвани за пренос на топлина между един флуид (течност или като газ) и друг флуид (друга течност или газ), без да позволяват на двата флуида да влязат в пряк контакт един с друг, топлообменниците се използват както в процеси на отопление, така и в процеси на охлаждане.

Топлообменницисе използват в редица приложения, включително климатизация, химически заводи, нефтохимически заводи, петролни рафинерии, електроцентрали, преработка на природен газ, охлаждане, пречистване на отпадъчни води и отопление на помещения. Те могат да бъдат намерени и в двигатели с вътрешно горене, където те позволяват на охлаждащата течност на двигателя да тече през намотките на радиатора, докато въздухът тече покрай тях, охлаждайки охлаждащата течност, докато нагрява въздуха.

Топлообменникът работи, като позволява на топлината от един флуид да премине през друг, по-хладен, флуид, без те да се смесват или влизат в пряк контакт.

Например, представете си тръба с друга тръба около нея. Вътрешната тръба може да позволи на гореща течност да премине през нея, докато по-хладна течност преминава едновременно през външната тръба. Това би позволило на по-хладната течност да намали температурата на по-топлата, тъй като по-топлата течност едновременно повишава топлината на по-хладната. Разбира се, това е много основен пример за топлообмен и има редица други фактори, които трябва да се вземат предвид при изследване на топлообменници:

1. Пасове

Чрез извиването на тръбите, например във формата на "S", можете да позволите на флуидите да направят повече от едно "минаване", преди да напуснат топлообменника. Едно преминаване е права тръба, при която течността влиза в единия край и излиза в другия край на топлообменника сравнително бързо. Двойният проход използва U-форма, така че течността влиза и напуска топлообменника в един и същи край, удължавайки времето, през което течностите преминават една-през друга в топлообменника. Тройното преминаване използва S-образна форма, която позволява на флуида да пътува по дължината на топлообменника три пъти, преди да излезе. Колкото по-голям е броят на преминаванията, толкова по-голямо количество топлопренос е налично – просто защото флуидите са заедно в системата за по-дълго време – въпреки че това също може да доведе до падане на налягането и загуба на скорост.

2. Температурен преход-

Температурно пресичане- възниква, когато топлината на по-хладния флуид започне да се пресича с температурата на горещия флуид в топлообменника. Например масло, влизащо в топлообменник при 80⁰C заедно с вода с температура 30⁰C, може да види температурите им да се прехвърлят-, ако маслото намалее до 50⁰C, когато водата достигне 51⁰C. В този момент охладителната течност (водата) е станала по-гореща от маслото. Преминаването-на температура може значително да намали ефективността на топлообменника, особено при охлаждане. Това може да се избегне чрез увеличаване на дебита на охлаждащата течност (вижте „Скорост на потока“ по-долу), така че в системата да има повече охлаждаща течност. Когато температурният преход-е неизбежен, използването на пластинчат топлообменник (вижте „Видове топлообменник по-долу) е най-доброто решение.

3. Температурна разлика

Това се отнася до разликата в температурата между охлаждащата течност и горещата течност, която е важна в топлообменника, както е показано от „температурно кръстосване“ (по-горе). Охлаждащата течност трябва да се поддържа при по-ниска температура от горещата течност и колкото по-студена е охлаждащата течност, толкова по-ефективна ще бъде тя при отнемане на топлина от горещата течност.

4. Дебит

Това е количеството течност, което преминава през напречно-сечение на тръба за определен период от време. Изчислява се като обем на течността за времето, през което течността е изтекла - с по-голяма скорост на потока, което потенциално увеличава способността на топлообменника да пренася топлина. Повече течност обаче означава и по-голяма маса за транспортиране, както и увеличаване на загубата на налягане и скоростта.

Топлообменниците могат да бъдат класифицирани според разположението на потока или според конструкцията на самия топлообменник.

Трите основни класификации на разположението на потока в топлообменниците са паралелен-поток, насрещен поток и напречен-поток:

• Паралелен поток:Двете течности влизат в един и същи край на топлообменника и се движат успоредно, преди да излязат заедно
• Насрещен поток:Течностите влизат от противоположните страни на топлообменника и преминават през системата в противоположни посоки. Това е най-ефективното разположение на потока, тъй като средната температурна разлика между флуидите остава по-висока в цялата система
• Напречен-поток:В тази форма на топлообменник флуидите се движат перпендикулярно (под прав ъгъл) един спрямо друг

Освен разположението на потока, топлообменниците могат да бъдат категоризирани по тип, според физическия дизайн на топлообменника:

• Двойна тръба:Това е най-простият тип топлообменник, използван в индустрията. Както подсказва името, те се състоят от две тръби, през които могат да текат течности. Конфигурацията на потока може да бъде паралелен или противопоток, като насрещният поток е по-ефективен, докато паралелният поток е по-добър, ако двата флуида трябва да бъдат доведени до еднаква температура. Тези топлообменници са лесни и евтини за проектиране и поддръжка, но имат относително ниско ниво на ефективност в сравнение с други конструкции
• Черупка и тръба:Кожухотръбните топлообменници използват набор от метални тръби, през които тече един флуид, заобиколен от запечатана обвивка, през която тече вторият флуид. Този тип топлообменник работи с всички видове поток – паралелен, насрещен и напречен поток- и може да се намери в парни локомотиви. Преградите се използват за насочване на потока на флуида, предизвикване на вибрации във флуида и поддържане на тръбите, докато перките могат да се използват и с технологии с въздушно-охлаждане (като интер-охладители на двигатели с вътрешно горене), за да се увеличи площта на пренос на топлина
• Плоча/перка:Този тип топлообменник използва купчини от тънки метални пластини, които се държат настрани от перки, за да образуват нива, подобно на подовете на сграда. Всеки от тези „етажове“ обаче е самостоятелен-и отделен от горния или долния, създавайки запечатана поредица от тръби, през които могат да текат течности. Това създава голяма повърхност, която е в състояние да обменя топлина бързо, като същевременно гарантира поток на течност през цялата повърхност на топлопредаване, предотвратявайки стагнация и натрупване на течност. Плочите могат да бъдат създадени в различни размери, дълбочини и форми, включително гофрирани плочи, плоча и рамка, плоча и черупка или спирални плочи. Силната турбуленция на потока между плочите създава по-голям топлопренос и намаляване на налягането. Този тип топлообменник се използва в приложения като газови пещи и котли.
• Въздушно охлаждане:Този тип топлообменник обикновено се намира в превозни средства и други движещи се приложения, където няма налична студена вода. Вместо две течности, системите с въздушно охлаждане използват хладен въздух от вентилатор или въздушен поток, причинен от движението на самото превозно средство.
• Кондензатори, котли и изпарители:Този тип топлообмен заслужава специално внимание, тъй като работи по малко по-различен начин от вече описаните. Вместо да вмъкват две течности (горещ и студен), те използват охлаждането и кондензацията на горещ газ в течна форма (и обратно), за да създадат цикъл на пренос на топлина. Това е процесът, използван от парни турбини и парогенератори, които използват цикъла на изпаряване на водата в пара и последващото й охлаждане обратно в течност.
• Рекуператори:Рекуператорът е топлообменник, предназначен да улавя топлината, която иначе би била загубена, като например топлината, изпускана от сграда. Топлият въздух се насочва навън през канал, успоредно на отделен, входящ канал с хладна течност, за да се създаде насрещен поток. Ето как работи вентилационната-система за рекуперация на топлина, която позволява на сградата да се вентилира с чист въздух, без да губи цялата си топлина от изходящия по-топъл въздух
• Регенератори:Този тип топлообменник позволява както на входящите, така и на изходящите течности да се движат през един и същи канал в противоположни посоки по различно време. Докато топлият флуид изтича, той отдава част от топлината си, а след това, когато хладният флуид навлиза, той поема част от остатъчната топлина, която е останала там. Този тип топлообмен се използва в двигател на Стърлинг, който използва бутало за изтласкване на уловения газ напред и назад между източник на топлина (като огън) и по-хладна зона или „мивка“, където топлината се губи. Този тип топлообменник намалява загубата на топлина в системата чрез „регенериране“ на топлината.

Топлообменниците се използват за широк спектър от приложения както в промишлеността, така и в ежедневието.

Докато топлообменниците се предлагат в набор от различни дизайни и системи за поток, всички те работят по подобен начин; позволявайки топлинен контакт между по-горещ и по-хладен флуид (без реално смесване), така че двата флуида да се нагряват или охлаждат един-друг съответно.

Това подобрява ефективността на превозните средства и други единици, както и спестява разходи и намалява потреблението на енергия (и всяко свързано въздействие върху околната среда).

Посегнете за HX планове

Вашите сценарии за приложение на топлообменника (като хранително-вкусова промишленост, нефтохимическа промишленост, енергийно охлаждане) и характеристиките на средата (корозивност/вискозитет/температура) варират, така че спецификационният план също ще бъде изключително адаптиран-моля, уведомете ни за вашите нужди и ние ще ви предоставим целеви параметри и оферти.

Имейл:global@gneesteels.com