Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
вдоль труб заключается в том, что более высокие коэффициенты теплоотдачи достигаются при поперечном, а не при продольном обтекании труб. Для создания перекрестного обтекания труб в межтрубном пространстве внутри кожуха устанавливают перегородки (рис. 7.2). Эти перегородки установлены таким образом, что в каждой образованной ими секции поток обтекает трубы в поперечном направлении сначала в первой секции вниз, затем во второй секции вверх и т. д. В зависимости от устройства Коллекторов, расположенных на двух концах теплообменника,
376 Глава 7
можно обеспечить один или более ходов труб. В двухходовом аппарате входной коллектор разделен таким образом, что жидкость течет через половину труб в одном направлении,
перегородим ^
Рис. 7.3. Три типа перегородок, используемых в кожухотрубных теплообмен* никах [18].
а—перегородка с отверстиями; б—перегородка типа диск—кольцо; в—сегментная перегородка.
затем поворачивает и возвращается обратно через другую половину труб к началу своего движения (рис. 7.2). Три или четыре хода труб можно получить путем установки дополнительных перегородок внутри коллектора. В промышленных установках применяются разнообразные типы перегородок, устанавливаемых в межтрубном пространстве, однако наиболее распространенным типом являются перегородки в виде дисков и колей (рис. 7.3,6).
Теплообменники 377
При нагревании или охлаждении газа часто удобно использовать теплообменник с перекрестным током (рис. 7.4). В теплообменнике такого типа жидкость прокачивается внутри труб, тогда как газообразный теплоноситель продувается поперек трубного пучка. Течение внешнего теплоносителя может осуществляться путем вынужденной или свободной конвекции. В теплообменнике такого типа газ, проходящий поперек трубного пучка, рассматривается как смешивающийся, тогда как
Нагревающая или охлаждающая жидкость
Рис. 7.4. Перекрестноточный воздушный подогреватель при перекрестном течении неперемешивающейся жидкости и перемешивающегося газа.
жидкость, протекающая внутри трубы, рассматривается как не-смешивающаяся. Внешний поток газа считается смешивающимся, поскольку он может почти свободно перемещаться в межтрубном пространстве в процессе переноса тепла, тогда как жидкость, протекающая внутри труб, не может смешиваться ни с каким другим потоком в процессе переноса тепла.
Другой тип теплообменника с перекрестным током, который широко используется в космической технике и для отопления Жилых помещений, показан на рис. 7.5. В этом аппарате газовый поток, обтекающий оребренный трубный пучок, не смешивается, поскольку он протекает через отдельные каналы в процессе переноса тепла. Как показано на профиле температуры (рис. 7.5,а), когда теплоноситель не перемешивается, в нем существует градиент температуры как вдоль, так и поперек направления потока. С другой стороны, если теплоноситель хорошо перемешивается, его температура стремится выровняться в направлении, нормальном к движению потока, и поэтому в
378 Глава 7
нем устанавливается градиент температуры только в направлении потока. При проектировании теплообменников важно определить, будут ли теплоносители перемешиваться и какие из них будут перемешиваться. Также важно выровнять температурный напор путем достижения приблизительно одинаковых коэффициентов теплоотдачи снаружи и внутри труб. Если этого
к-
\
Температура газа на входе'
Пот ок газа
41
SS5*
SSS
Рис. 7.5. Перекрестно-точный теплообменник, широко используемый в космической технике и для отопления жилых помещений.
не сделать, одно из термических сопротивлений окажется слиш* ком высоким, что приведет к неоправданно высокому значению полного температурного напора для заданного теплового по* тока и соответственно к увеличению размеров теплообменного аппарата и, следовательно, к низким экономическим показателям.
Кожухотрубный теплообменник (рис. 7.2) имеет на каждом конце фиксированные трубные доски, к которым приварив** ются или развальцовываются трубы. Теплообменник такой конструкции имеет самую низкую стоимость, но может использоваться лишь при малых разностях температур между горячим и холодным теплоносителями, поскольку в его конструкции не предусмотрены мероприятия по предотвращению термических напряжений, обусловленных неодинакрвым расширением трУ| й кожуха. Другой недостаток заключается в том", ШЬ трубЯР*
Теплообменники 379
пучок нельзя извлечь из теплообменника для очистки поверхностей. Модифицированная конструкция теплообменника, не имеющая указанных недостатков, показана на рис. 7.6. В этом аппарате одна трубная доска жестко зафиксирована, а другая прикреплена болтами к плавающему коллектору, что позволяет трубному пучку перемещаться относительно кожуха. Плавающая трубная доска зажата между плавающим коллектором и
Рис. 7.6. Кожухотрубный теплообменник с плавающим коллектором. (С разрешения Ассоциации фирм-изготовителей трубчатых теплообменников.) /—днище кожуха; 2—плавающий коллектор; 3— разъем для продувки; 4 — ответный фланец для крепления трубной доски плавающего коллектора; 5—фланец для крепления днища кожуха; 6—поперечные перегородки или поддерживающие пластины; 7—кожух; 8—стяжки и распорки; 9 —патрубок кожуха; 10 — отражающая перегородка; // —стационарная трубная доска; 12— патрубок коллектора; /5—-коллектор; 14—подъемное кольцо; 15—разделительная перегородка; 16 — крышка коллектора; 17 — фланец для крепления коллектора; 18—опоры; 19—теплоотдающие трубки; 20—щтуцер для проведения испытаний; 21 — фланец плавающего коллектора: 22—штуцер для дренажа; 23 — плавающая трубная доска.
