Wymie??iki ciepła
Wymie??ik ciepła - defi?icja
Wymiennik ciepła to urządzenie, w
którym dochodzi do przekazywania
ciepła pomiędzy dwoma mediami,
w wyniku czego zmienia siÄ™ ich
temperatura.
Podział wymienników ciepła ze
względu na sposób kontaktu mediów
" wymienniki powierzchniowe, inaczej
przeponowe lub rekuperatory
Gorący czynnik oddający ciepło jak i zimny płyn przejmujący
ciepło przepływają rozdzielone wzdłuż ściany rury lub ściany
płaskiej, względnie zakrzywionej. Wymiana energii zachodzi
kolejno od gorącego płynu do ściany przez konwekcję, następnie
przez przewodzenie w ścianie i w końcu ponownie przez
konwekcję w płynie chłodniejszym.
Zaletą tego typu wymienników jest możliwość ustalonej wymiany
ciepła przy utrzymaniu czystości płynów, bez mieszania się
płynów.
Podział wymienników ciepła ze
względu na sposób kontaktu mediów
" regeneratory, tj. wymienniki ciepła z
wypełnieniem
W aparatach tych znajduje się wypełnienie z ciała stałego, w
postaci kształtek, kul lub blach, utrzymanych nieruchomo lub
będących w ruchu. Czynnik gorący i płyn zimny przepływają
przez wolną objętość wypełnienia w sposób naprzemienny.
Czynnik gorący oddaje energię cieplną do wypełnienia, a płyn
zimny przejmuje ją póz
niej. Ruch ciepła jest z zasady
nieustalony, tj. temperatury sÄ… zmienne w czasie.
Wymienić tu można regeneratory pieców Siemens-Martina, czy
niektóre typy generatorów gazu.
Podział wymienników ciepła ze
względu na sposób kontaktu mediów
" wymienniki ciepła bezprzeponowe
mokre, inaczej mieszankowe
Są to aparaty, w których czynniki wymieniające ciepło ulegają
zmieszaniu. Najczęściej jednym czynnikiem jest gaz, a drugi jest
w fazie ciekłej, przy czym ciecz spływa po wypełnieniu, gaz zaś
przepływa przez pustą przestrzeń między elementami
wypełnienia. Ciepło jest wymieniane przez wnikanie od gazu do
filmu cieczy, ale też przez równoczesną dyfuzję masy. Ruch
ciepła i masy może być przy tym skierowany od cieczy do gazu,
względnie kierunki ruchu ciepła i masy mogą być przeciwne.
Ruch ciepła i masy zachodzi przy tym w sposób ciągły, ustalony.
Zaletą tych wymienników jest duża intensywność wymiany, ale
wadą jest mieszanie się płynów.
Różne typy wymienników ciepła
Podział wymienników ciepła ze względu na
kierunek przepływających mediów
" wymienniki współprądowe, w których kierunki
i zwroty przepływu obu czynników są zgodne,
" wymienniki przeciwprądowe, w których
kierunki przepływu czynników są zgodne, a
zwroty przeciwne,
" wymienniki krzyżowe, w których kierunki
prędkości przepływów są prostopadłe.
Podział wymienników ciepła ze względu na
kierunek przepływających mediów
Podział wymienników ciepła ze
względu na kształt przegrody
" wymienniki z przegrodą płaską
" wymienniki z przegrodą płaską żebrowaną
" wymienniki z przegrodÄ… rurowÄ…
" wymienniki z przegrodą rurową żebrowaną
Podział wymienników ciepła ze
względu na kształt przegrody
Podział wymienników ciepła ze względu na
drogę przepływu czynników
" Wymienniki ciepła z jednokrotnym
przepływem mediów np. wymiennik typu
rura w rurze
" Wymienniki ciepła z wielokrotnym
przepływem mediów np. wymiennik
wielorurkowy
Podział wymienników ciepła ze względu na
drogę przepływu czynników
Warunki pracy wymienników ciepła
Przyjąwszy jednakowe wartości współczynników wnikania ciepła po obu
stronach ściany, temperatura ścianki znajduje się pośrodku między
temperaturami czynników i może być stała.
W przeciwprądowym przepływie płynów możemy czynnik a schłodzić
poniżej temperatury końcowej czynnika b. Z kolei czynnik b możemy
podgrzać powyżej temperatury końcowej czynnika a.
Bilans cieplny wymiennika ciepła
W = mcp
&
Q&a-b = Wa(Ta1 - Ta2)= Ä…Wb(Tb1 - Tb2)
Q&a-b = macpa(Ta1 - Ta2)= Ä…mbcpb(Tb1 - Tb2)
& &
Wb Ta1 - Ta2
= Ä…
Wa Tb1 - Tb2
Średnia różnica temperatura dla
wymiennika współ- i przeciwprądowego
Q&= kA"Tm
Q&= kA"T çÅ‚
çÅ‚
Średnia różnica temperatura dla
wymiennika współ- i przeciwprądowego
Ta 2
dQ&a = -macpadTa
&
cpadTa
A = -ma
&
Ta 2
+"
k"T
Ta1
Q&a = -ma padTa
&
+"c
Ta 2
Ta1
cpadTa
&
Qa-b = -ma (k"T)m
&
+"
k"T
dQ&a-b = kdA"T
Ta1
Ta 2 Ta 2
cpadTa
Q&a-b = A(k"T)m
-&a pa &
m (k"T)m
+"c dTa = -ma +"
k"T
Ta1 Ta1
dQ&a-b
Ta 2
dA =
k"T
pa
+"c dTa
Ta1
(k"T)m =
macpadTa
&
Ta 2
dA = -
cpadTa
k"T
+"
k"T
Ta1
Średnia różnica temperatura dla
wymiennika współ- i przeciwprądowego
Ta2 - Ta1
(k"T)m =
Ta 2
dTa
+"
k"T
Ta1
Ta2 - Ta1
"Tm =
Ta 2
dTa
+"
"T
Ta1
Ta2 - Ta1 Ta2 - Ta1 Ta2 - Ta1 aTa2 - aTa1
"Tm = = = =
Ta 2 Ta 2
1 aTa2 + b "T2
dTa dTa
ln ln
a aTa1 + b "T1
+" +"
"T aTa + b
Ta1 Ta1
"T2 - "T1
"Tm =
"T2
ln
"T
Średnia różnica temperatura dla
wymiennika współ- i przeciwprądowego
Ta 2
pa
Ta2 - Ta1
+"c dTa
(k"T)m =
Ta 2 Ta1
(k"T)m =
dTa
Ta 2
cpadTa
+"
k"T
Ta1
+"
k"T
Ta1
k1"T2 - k2"T1
(k"T)2 -(k"T)1
(k"T)m =
(k"T)m =
k1"T2
(k"T)2
ln
k2"T1
(k"T)1
Średnia różnica temperatura dla
przepływu krzyżowego lub mieszanego
"T2 - "T1
"Tm' = µ"Tm = µ
"T2
ln
"T1
Q&
A =
kµ"Tm
Średnia różnica temperatura dla
przepływu krzyżowego lub mieszanego
Tbk - Tbp
"Tb
X = =
Tap - Tbp "Tmax
Tap - Tak "Ta
Z = =
Tbk - Tbp "Tb