(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Как подключить отопление через теплообменник


Устройство и принцип работы теплообменника для систем отопления

Особенности подключения к системе горячего водоснабжения

Если для сушилки полотенец используется отдельный отвод (последовательное подключение к системе горячего водоснабжения), а вода из него выводится через источники внутри квартиры, то установка полотенцесушителя на горячую воду проводится без дополнительных работ. Но при таком подключении сушки для полотенец снижается температура горячей воды. Его обычно используют в небольших домах.

Цены на сушилки разного типа в магазине

Чаще устройство подключается к водопроводу, заменяя часть стояка, такое можно увидеть в ванной в панельном доме. При установке полотенцесушителя на стояк горячего водоснабжения необходима дополнительная страховка в виде байпаса.

Пластинчатые теплообменники области применения

Пластинчатые теплообменники применяются в системе отопления дома, горячего водоснабжения, в системах кондиционирования в больших коттеджах, школах, садах, бассейнах, в целых микрорайонах, а также в системе отопления домов сельской местности. Широкое применение пластинчатые теплообменники нашли в пищевой промышленности.

Теплообменники для отопления имеют ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с остальными устройствами, используемыми для создания подходящего микроклимата.

Подобные отопительные приборы обладают рядом преимуществ над другими видами.

Положительные качества

Среди основных положительных качеств устройства, обеспечивающего отопление, можно отметить следующие:

  • высокий уровень компактности;
  • пластинчатые теплообменники имеют высокий коэффициент теплопередачи;
  • коэффициент тепловых потерь максимально низкий;
  • потери давления находятся на минимальном уровне;
  • выполнение монтажно-наладочных, ремонтных и изоляционных работ требует низких финансовых затрат;
  • при возможном засорении это устройство может быть разобрано, очищено и собрано обратно всего двумя рабочими уже через 4-6 часов;
  • имеется возможность добавить мощность пластинам.

https://youtube.com/watch?v=pOTVV58Rj3U

Кроме того, благодаря своей простоте подключение теплообменника к системе отопления может быть осуществлено просто на полу в тепловом пункте или на обычной несущей конструкции блочного теплового пункта. Отдельно стоит отметить низкий уровень загрязняемости поверхности теплообменника, что вызвано высокой турбулентностью потока жидкости, а также благодаря качественной полировке используемых теплообменных пластин. На сегодняшний срок эксплуатации уплотнительной прокладки у ведущих европейских производителей составляет не менее 10 лет. Срок же службы пластин составляет 20-25 лет. Стоимость замены уплотнительной прокладки может составлять 15-25% от общей стоимости всего агрегата.

Очень важно, что после проведения детального расчета конструкцию современного пластинчатого теплообменника можно изменить под необходимые и указанные в техническом задании характеристики (вариативность конструкции и изменяемость задачи). Абсолютно все пластинчатые теплообменники устойчивы к высокому уровню вибрации

У современных аппаратов системы отопления последствия возможных гидроударов сведены практически к нулю.

Из чего состоит современный теплообменник

Теплообменник современного типа состоит из нескольких частей, каждая из которых играет свою важную роль:

  • неподвижной плиты, к которой присоединяются все подводимые патрубки;
  • прижимной плиты;
  • теплообменных пластин со вставленными прокладками уплотнительного типа;
  • верхней и нижней направляющих;
  • задней стойки;
  • шпилек с резьбой.

На данном изображении представлен кожухотрубный теплообменник.

Благодаря такой уникальной конструкции теплообменник способен обеспечивать наиболее эффективную компоновку всей поверхности используемого теплообменника, что дает возможность создавать небольшой по габаритам аппарат отопления. Абсолютно все пластины в собранном пакете одинаковы, только часть из них развернута к другой под углом в 180 градусов. Именно поэтому во время необходимого стягивания всего пакета должны образовываться каналы. Именно через них во время процесса нагрева и протекает рабочая жидкость, принимающая участие в теплообмене. Благодаря такой компоновке элементов системы достигается правильное чередование каналов.

На сегодняшний день можно смело утверждать, что теплообменники пластинчатого типа из-за своих технических характеристик являются более популярными. Ключевой элемент любого современного теплообменника — это теплопередающие пластины, которые изготавливаются из стали, не подверженной коррозии, толщина пластин находится в диапазоне от 0,4 до 1 мм. Для изготовления используется высокотехнологичный метод штамповки.

Во время работы пластины прижимаются друг к другу, образуя тем самым щелевые каналы. Лицевая сторона каждой из таких пластин имеет специальные канавки, куда специально устанавливается резиновая контурная прокладка, которая обеспечивает полную герметичность каналов. Всего имеется четыре отверстия, два из них необходимы для обеспечения подвода и отвода нагреваемой среды к каналу, а два другие отвечают за предотвращение случаев перемешивания греющей и нагреваемой сред. На случай прорыва одного из малых контуров пластинчатые теплообменники защищены дренажными пазами.

Если имеет место большая разница в расходе сред и совсем небольшое отличие в конечных температурах, то есть возможность многократно использовать теплообменный процесс, который будет происходить через петлеобразное направление потоков.

Двухступенчатая последовательная схема.

Сетевая
вода разветвляется на два потока: один
проходит через регулятор расхода РР, а
второй через подогреватель второй
ступени, затем эти потоки смешиваются
и поступают в систему отопления.

При
максимальной температуре обратной воды
после отопления 70ºС
и
средней нагрузке горячего водоснабжения
водопроводная вода практически
догревается до нормы в первой ступени,
и вторая ступень полностью разгружается,
т.к. регулятор температуры РТ закрывает
клапан на подогреватель, и вся сетевая
вода поступает через регулятор расхода
РР в систему отопления, и система
отопления получает теплоты больше
расчетного значения.

Если
обратная вода имеет после системы
отопления температуру 30-40ºС
, например, при плюсовой температуре
наружного воздуха, то подогрева воды в
первой ступени недостаточно, и она
догревается во второй ступени. Другой
особенностью схемы является принцип
связанного регулирования. Сущность его
состоит в настройке регулятора расхода
на поддержание постоянного расхода
сетевой воды на абонентский ввод в
целом, независимо от нагрузки горячего
водоснабжения и положения регулятора
температуры. Если нагрузка на горячее
водоснабжение возрастает, то регулятор
температуры открывается и пропускает
через подогреватель больше сетевой
воды или всю сетевую воду, при этом
уменьшается расход воды через регулятор
расхода, в результате температура
сетевой воды на входе в элеватор
уменьшается, хотя расход теплоносителя
остается постоянным. Теплота, недоданная
в период большой нагрузки горячего
водоснабжения, компенсируется в периоды
малой нагрузки, когда в элеватор поступает
поток повышенной температуры. Снижение
температуры воздуха в помещениях не
происходит, т.к. используется
теплоаккумулирующая способность
ограждающих конструкций зданий. Это и
называется связанным регулированием,
которое служит для выравнивания суточной
неравномерности нагрузки горячего
водоснабжения. В летний период, когда
отопление отключено, подогреватели
включаются в работу последовательно с
помощью специальной перемычки. Эта
схема применяется в жилых, общественных
и промышленных зданиях при соотношении
нагрузок
Выбор схемы зависит от графика центрального
регулирования отпуска теплоты: повышенный
или отопительный.

Преимуществом
последовательной
схемы по сравнению с двухступенчатой
смешанной является выравнивание
суточного графика тепловой нагрузки,
лучшее использование теплоносителя,
что приводит к уменьшению расхода воды
в сети. Возврат сетевой воды с низкой
температурой улучшает эффект теплофикации,
т.к. для подогрева воды можно использовать
отборы пара пониженного давления.
Сокращение расхода сетевой воды по этой
схеме составляет (на тепловой пункт)
40% по сравнению с параллельной и 25% — по
сравнению со смешанной.

Недостаток
– отсутствие возможности полного
автоматического регулирования теплового
пункта.

Зависимая схема с трёхходовым клапаном и циркуляционными насосами

Зависимая схема подключения теплового пункта системы отопления к источнику тепла с трёхходовым клапаном регулятора теплового потока и циркуляционно-смесительными насосами в подающем трубопроводе системы отопления.

Данную схему в ИТП применяют при соблюдении условий:

1 Температурный график работы источника тепла (котельной) превышает либо равен температурному графику системы отопления. Тепловой пункт подключённый по данной принципиальной схеме может работать как с подмесом к подаче потока из обратного трубопровода, так и без него, то есть пустить теплоноситель из подающего трубопровода тепловой сети напрямую в систему отопления.

Например расчётный температурный график системы отопления 90/70°C, равен температурному графику источника, но источник независимо от внешних факторов всё время работает с температурой на выходе 90°C, а для системы отопления подавать теплоноситель с температурой в 90°C нужно лишь при расчётной температуре наружного воздуха (для Киева -22°C). Таким образом в тепловом пункте к воде, поступающей от источника будет подмешиваться остывший теплоноситель из обратного трубопровода пока температура наружного воздуха не опустится до расчётного значения.

2 Подключение теплового пункта выполнено к безнапорному коллектору, гидравлической стрелке или теплотрассе с разницей давлений между подающим и обратным трубопроводом не более 3м.вод.ст..

3 Давление в обратном трубопроводе источника тепла в статическом и динамическом режимах превышает как минимум на 5м.вод.ст высоту от места подключения теплового пункта до верхней точки системы отопления (статику здания).

4 Давление в подающем и обратном трубопроводе источника тепла, а также статическое давление в тепловых сетях не превышают максимально допустимого давления для системы отопления здания подключённой к данному ИТП.

5 Схема подключения теплового пункта должна обеспечивать автоматическое качественное регулирование системой отопления по температурному или временному графику.

Описание работы схемы ИТП с трёхходовым клапаном

Принцип работы данной схемы схож с работой первой схемы за исключением того, что трёхходовым клапаном может быть полностью перекрыт отбор из обратного трубопровода, при котором весь теплоноситель, поступающий от источника тепла без подмеса будет подан в систему отопления.

В случае полного перекрытия подающего трубопровода источника тепла, как и в первой схеме, в систему отопления будет подаваться только вышедший из неё теплоноситель, отбираемый из обрата.

Зависимая схема с трёхходовым клапаном, циркуляционными насосами и регулятором перепада давления.

Применяется при перепаде давления в месте подключения ИТП к тепловой сети превышающем 3м.вод.ст.. Регулятор перепада давления в данном случае подбирается для дросселирования и стабилизации располагаемого напора на вводе.

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓
  • Образование
  • Исследование
  • Инновации
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Выпускников
  • О MIT
  • Подробнее ↓
    • Прием + помощь
    • Студенческая жизнь
    • Новости
    • Выпускников
    • О MIT
Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Увидеть больше результатов

Предложения или отзывы?

.

Веб-страница не найдена на InspectApedia.com

.

Что делать, если ссылка на веб-страницу на InspectApedia.com приводит к ошибке страницы 404

Это так же просто, как ... ну, выбирая из 1, 2 или 3

  1. Воспользуйтесь окном поиска InspectAPedia в правом верхнем углу нашей веб-страницы, найдите нужный текст или информацию, а затем просмотрите ссылки, которые возвращает наша пользовательская поисковая система Google
  2. Отправьте нам электронное письмо напрямую с просьбой помочь в поиске информации, которую вы искали - просто воспользуйтесь ссылкой СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ на любой из наших веб-страниц, включая эту, и мы ответим как можно скорее.
  3. Используйте кнопку НАЗАД вашего веб-браузера или стрелку (обычно в верхнем левом углу экрана браузера рядом с окном, показывающим URL-адрес страницы, на которой вы находитесь), чтобы вернуться к предыдущей статье, которую вы просматривали. Если вы хотите, вы также можете отправить нам электронное письмо с этим именем или URL-адресом веб-страницы и сообщить нам, что не работает и какая информация вам нужна.

    Если вы действительно хотите нам помочь, используйте в браузере кнопку НАЗАД, затем скопируйте URL-адрес веб-страницы, которую вы пытались загрузить, и используйте нашу ссылку СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ (находится как вверху, так и внизу страницы), чтобы отправьте нам эту информацию по электронной почте, чтобы мы могли решить проблему.- Спасибо.

Приносим свои извинения за этот SNAFU и обещаем сделать все возможное, чтобы быстро ответить вам и исправить ошибку.

- Редактор, InspectApedia.com

Задайте вопрос или введите условия поиска в поле поиска InspectApedia чуть ниже.

Мы также предоставляем МАСТЕР-ИНДЕКС по этой теме, или вы можете попробовать верхнюю или нижнюю панель ПОИСКА как быстрый способ найти необходимую информацию.

Зеленые ссылки показывают, где вы находитесь. © Copyright 2017 InspectApedia.com, Все права защищены.

Издатель InspectApedia.com - Дэниел Фридман .

ТЕПЛООБМЕННИКИ

Теплообменник - это устройство, используемое для передачи тепла между двумя или более жидкостями. Жидкости могут быть одно- или двухфазными и, в зависимости от типа теплообменника, могут быть разделены или находиться в прямом контакте. Устройства, использующие источники энергии, такие как стержни ядерного топлива или огневые нагреватели, обычно не считаются теплообменниками, хотя многие принципы, заложенные в их конструкции, одинаковы.

Чтобы обсудить теплообменники, необходимо дать некоторую форму категоризации.Обычно используются два подхода. Первый рассматривает конфигурацию потока в теплообменнике, а второй основан на классификации типа оборудования, прежде всего, по конструкции. Оба рассмотрены здесь.

Классификация теплообменников по конфигурации потока

Существует четыре основных конфигурации потока:

На рисунке 1 показан идеализированный противоточный теплообменник, в котором две жидкости текут параллельно друг другу, но в противоположных направлениях.Этот тип организации потока позволяет максимально изменить температуру обеих жидкостей и, следовательно, является наиболее эффективным (где эффективность - это количество фактически переданного тепла по сравнению с теоретическим максимальным количеством тепла, которое может быть передано).

Рисунок 1. Противоток.

В теплообменниках с прямоточным потоком потоки текут параллельно друг другу и в том же направлении, как показано на рисунке 2. Это менее эффективно, чем противоток, но обеспечивает более однородную температуру стенок.

Рисунок 2. Попутный поток.

По эффективности теплообменники с перекрестным потоком занимают промежуточное положение между противоточными и параллельными теплообменниками. В этих установках потоки текут под прямым углом друг к другу, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Поперечный поток.

В промышленных теплообменниках часто встречаются гибриды вышеуказанных проточных типов. Примерами являются комбинированные теплообменники с поперечным / противотоком и многопроходные теплообменники.(См., Например, рисунок 4.)

Рис. 4. Поперечный / противоточный поток.

Классификация теплообменников по конструкции

В этом разделе теплообменники классифицируются в основном по их конструкции, Garland (1990) (см. Рисунок 5). Первый уровень классификации - разделение типов теплообменников на рекуперативные и регенеративные. Рекуперативный теплообменник имеет отдельные пути потока для каждой жидкости, и жидкости протекают одновременно через теплообменник, обмениваясь теплом через стенку, разделяющую пути потока.Рекуперативный теплообменник имеет единственный путь потока, по которому попеременно проходят горячие и холодные жидкости.

Рисунок 5. Классификация теплообменников.

Регенеративные теплообменники

В регенеративном теплообменнике путь потока обычно состоит из матрицы, которая нагревается при прохождении через нее горячей жидкости (это известно как «горячий обдув»). Это тепло затем передается холодной жидкости, когда она протекает через матрицу («холодный удар»).Регенеративные теплообменники иногда называют емкостными теплообменниками . Хороший обзор регенераторов дает Walker (1982).

Регенераторы в основном используются для рекуперации тепла газа / газа на электростанциях и в других энергоемких отраслях. Два основных типа регенераторов - статические и динамические. Оба типа регенераторов являются кратковременными в эксплуатации, и, если при их проектировании не уделить должного внимания, обычно происходит перекрестное загрязнение горячего и холодного потоков.Однако использование регенераторов, вероятно, расширится в будущем, поскольку предпринимаются попытки повысить энергоэффективность и утилизировать больше низкопотенциального тепла. Однако, поскольку регенеративные теплообменники, как правило, используются для специальных применений, рекуперативные теплообменники более распространены.

Рекуперативные теплообменники

Существует много типов рекуперативных теплообменников, которые можно в широком смысле сгруппировать в непрямой контакт, прямой контакт и специальные. В теплообменниках непрямого контакта теплоносители разделяются с помощью трубок, пластин и т. Д.. Теплообменники с прямым контактом не разделяют жидкости, обмениваясь теплом, и фактически полагаются на то, что жидкости находятся в тесном контакте.

В этом разделе кратко описаны некоторые из наиболее распространенных типов теплообменников, и они расположены в соответствии с классификацией, приведенной на рисунке 5.

В этом типе пары разделены стенкой, обычно металлической. Примерами являются трубчатые теплообменники, см. Рисунок 6, и пластинчатые теплообменники, см. Рисунок 7.

Трубчатые теплообменники очень популярны из-за гибкости, которую проектировщик должен учитывать в широком диапазоне давлений и температур.Трубчатые теплообменники можно разделить на несколько категорий, из которых кожухотрубные теплообменники являются наиболее распространенными.

Кожухотрубный теплообменник состоит из ряда трубок, установленных внутри цилиндрической оболочки. На рисунке 8 показан типичный блок, который можно найти на нефтехимическом заводе. Две жидкости могут обмениваться теплом, одна жидкость течет по внешней стороне труб, а вторая жидкость течет по трубкам. Жидкости могут быть одно- или двухфазными и могут течь в параллельном или перекрестном / противотоке.Кожухотрубный теплообменник состоит из четырех основных частей:

  • Передняя часть - это место, где жидкость попадает в трубную часть теплообменника.

  • Задний конец - это то место, где жидкость со стороны трубы выходит из теплообменника или где она возвращается в передний коллектор в теплообменниках с несколькими проходами со стороны трубы.

  • Пучок труб - состоит из трубок, трубных решеток, перегородок, стяжек и т. Д. Для удержания пучка вместе.

  • Кожух - содержит пучок труб.

Популярность кожухотрубных теплообменников привела к разработке стандарта для их обозначения и использования. Это стандарт ассоциации производителей трубчатых теплообменников (TEMA). Обычно кожухотрубные теплообменники изготавливаются из металла, но для специальных применений (например, с использованием сильных кислот в фармацевтических препаратах) могут использоваться другие материалы, такие как графит, пластик и стекло. Также нормально, чтобы трубки были прямыми, но в некоторых криогенных приложениях используются спиральные или змеевики Хэмпсона .Простая форма кожухотрубного теплообменника - это двухтрубный теплообменник. Этот теплообменник состоит из одной или нескольких трубок, содержащихся внутри трубы большего размера. В наиболее сложной форме многотрубный двухтрубный теплообменник мало отличается от кожухотрубного теплообменника. Однако двухтрубные теплообменники, как правило, имеют модульную конструкцию, поэтому несколько блоков могут быть соединены болтами для достижения требуемой нагрузки. Книга Э.А.Д. Сондерс [Saunders (1988)] дает хороший обзор трубчатых теплообменников.

К другим типам трубчатых теплообменников относятся:

  • Печи - технологическая жидкость проходит через печь в прямых или спирально намотанных трубах, а нагрев осуществляется горелками или электрическими нагревателями.

  • Пластинчатые трубы - в основном используются в системах рекуперации тепла и кондиционирования воздуха. Трубки обычно монтируются в какой-либо форме воздуховода, а пластины действуют как опоры и обеспечивают дополнительную площадь поверхности в виде ребер.

  • С электрическим нагревом - в этом случае жидкость обычно течет по внешней стороне электрически нагреваемых трубок (см. Джоулев нагрев).

  • Теплообменники с воздушным охлаждением состоят из пучка труб, вентиляторной системы и несущей конструкции. Трубки могут иметь ребра различного типа, чтобы обеспечить дополнительную площадь поверхности со стороны воздуха. Воздух либо всасывается через трубы вентилятором, установленным над пучком (принудительная тяга), либо продувается через трубы вентилятором, установленным под пучком (принудительная тяга). Они, как правило, используются в местах, где есть проблемы с получением достаточного количества охлаждающей воды.

  • Тепловые трубы, сосуды с мешалкой и теплообменники из графитовых блоков можно рассматривать как трубчатые или помещать в Рекуперативные «Особые предложения». Тепловая труба состоит из трубы, материала фитиля и рабочей жидкости. Рабочая жидкость поглощает тепло, испаряется и переходит на другой конец тепловой трубы, где конденсируется и выделяет тепло. Затем жидкость под действием капилляров возвращается к горячему концу тепловой трубы для повторного испарения. Сосуды с мешалкой в ​​основном используются для нагрева вязких жидкостей.Они состоят из емкости с трубками внутри и мешалки, такой как пропеллер или ленточный винтовой импеллер. Трубки несут горячую жидкость, а мешалка вводится для обеспечения равномерного нагрева холодной жидкости. Теплообменники с угольным блоком обычно используются, когда необходимо нагреть или охладить агрессивные жидкости. Они состоят из твердых блоков углерода, в которых просверлены отверстия для прохождения жидкости. Затем блоки скрепляются болтами вместе с коллекторами, образуя теплообменник.

Пластинчатые теплообменники отделяют жидкости, обменивающиеся теплом, с помощью пластин.У них обычно есть улучшенные поверхности, такие как ребра или тиснение, и они скреплены болтами, припаяны или сварены. Пластинчатые теплообменники в основном используются в криогенной и пищевой промышленности. Однако из-за высокого отношения площади поверхности к объему, малого количества жидкостей и способности обрабатывать более двух паров они также начинают использоваться в химической промышленности.

Пластинчатые и рамные теплообменники состоят из двух прямоугольных концевых элементов, которые удерживают вместе несколько рельефных прямоугольных пластин с отверстиями на углу для прохождения жидкостей.Каждая из пластин разделена прокладкой, которая герметизирует пластины и обеспечивает поток жидкости между пластинами, см. Рис. 9. Этот тип теплообменника широко используется в пищевой промышленности, поскольку его можно легко разобрать для очистки. Если утечка в окружающую среду вызывает беспокойство, можно сварить две пластины вместе, чтобы гарантировать, что жидкость, протекающая между сваренными пластинами, не сможет протечь. Однако, поскольку некоторые прокладки все еще присутствуют, утечка все еще возможна. Паяные пластинчатые теплообменники предотвращают возможность утечки за счет пайки всех пластин вместе, а затем приваривания входных и выходных отверстий.

Рисунок 6. Классификация трубчатых теплообменников.

Рисунок 7. Классификация пластинчатого теплообменника.

Рисунок 8. Кожухотрубный теплообменник.

Рисунок 9. Пластинчато-рамный теплообменник.

Пластинчато-ребристые теплообменники состоят из ребер или прокладок, зажатых между параллельными пластинами. Ребра могут быть расположены так, чтобы допускать любую комбинацию поперечного или параллельного потока между соседними пластинами. Также возможно пропустить до 12 потоков жидкости через один теплообменник за счет тщательного расположения коллекторов.Обычно они изготавливаются из алюминия или нержавеющей стали и спаяны вместе. Их основное применение - сжижение газа из-за их способности работать с близкими температурами.

Пластинчатые теплообменники в некоторых отношениях аналогичны кожухотрубным. Прямоугольные трубы со скругленными углами уложены друг на друга, образуя пучок, который помещается внутри оболочки. Одна жидкость проходит через трубки, тогда как жидкость течет параллельно через зазоры между трубками.Они, как правило, используются в целлюлозно-бумажной промышленности, где требуются большие проточные каналы.

Спиральные пластинчатые теплообменники образуются путем наматывания двух плоских параллельных пластин вместе в змеевик. Затем концы уплотняются прокладками или свариваются. Они в основном используются с вязкими, сильно загрязняющими жидкостями или жидкостями, содержащими частицы или волокна.

В данной категории теплообменников не используется поверхность теплопередачи, из-за чего она часто дешевле, чем косвенные теплообменники.Однако, чтобы использовать теплообменник прямого контакта с двумя жидкостями, они должны быть несмешиваемыми, или, если будет использоваться одна жидкость, она должна претерпеть фазовый переход. (См. Прямая контактная теплопередача.)

Наиболее легко узнаваемая форма теплообменника с прямым контактом - градирня с естественной тягой, которая используется на многих электростанциях. Эти агрегаты состоят из большой примерно цилиндрической оболочки (обычно более 100 м в высоту) и насадки внизу для увеличения площади поверхности. Охлаждаемая вода распыляется на набивку сверху, в то время как воздух проходит через дно набивки и поднимается вверх через башню за счет естественной плавучести.Основная проблема с этим и другими типами градирен с прямым контактом - это постоянная необходимость восполнения подачи охлаждающей воды за счет испарения.

Конденсаторы прямого контакта иногда используются вместо трубчатых конденсаторов из-за их низких капитальных затрат и затрат на обслуживание. Есть много вариантов конденсатора прямого контакта. В простейшей форме охлаждающая жидкость разбрызгивается сверху емкости над паром, поступающим сбоку емкости. Затем конденсат и охлаждающая жидкость собираются внизу.Большая площадь поверхности распылителя гарантирует, что они являются достаточно эффективными теплообменниками.

Закачка пара используется для нагрева жидкости в резервуарах или в трубопроводах. Пар способствует передаче тепла за счет турбулентности, создаваемой впрыском, и передает тепло за счет конденсации. Обычно конденсат не собирается.

Прямой нагрев в основном используется в сушилках, где влажное твердое вещество сушится путем пропускания его через поток горячего воздуха. Другая форма прямого нагрева - это горение под водой.Он был разработан в основном для концентрирования и кристаллизации коррозионных растворов. Жидкость испаряется пламенем, и выхлопные газы направляются вниз в жидкость, которая находится в резервуаре.

Воздухоохладитель с мокрой поверхностью в некоторых отношениях похож на теплообменник с воздушным охлаждением. Однако в этом типе устройства вода распыляется по трубкам, а вентилятор всасывает воздух и воду через пучок труб. Вся система закрыта, и теплый влажный воздух обычно выбрасывается в атмосферу.

Скребковые теплообменники состоят из емкости с рубашкой, через которую проходит жидкость, и вращающегося скребка, который непрерывно удаляет отложения с внутренних стенок емкости. Эти агрегаты используются в пищевой и фармацевтической промышленности в тех случаях, когда отложения образуются на нагретых стенках сосуда с рубашкой.

Статические регенераторы или регенераторы с неподвижным слоем не имеют движущихся частей, кроме клапанов. В этом случае горячий газ проходит через матрицу в течение фиксированного периода времени, в конце которого происходит реверсирование, горячий газ отключается, а холодный газ проходит через матрицу.Основная проблема с этим типом агрегатов заключается в том, что и горячий, и холодный поток прерывистый. Чтобы преодолеть это и обеспечить непрерывную работу, требуются по крайней мере два статических регенератора или можно использовать роторный регенератор.

В роторном регенераторе насадка цилиндрической формы вращается вокруг оси цилиндра между парой газовых уплотнений. Горячий и холодный газ протекает одновременно по каналам с обеих сторон газовых уплотнений и через вращающуюся насадку. (См. Рекуперативные теплообменники.)

Термический анализ любого теплообменника включает решение основного уравнения теплопередачи.

(1)

Это уравнение вычисляет количество тепла, передаваемого через область dA, где T h и T c - локальные температуры горячей и холодной жидкости, α - местный коэффициент теплопередачи, а dA - локальная дополнительная площадь, на которой α основано. Для плоской стены

(2)

где δ w - толщина стенки, а λ w - ее теплопроводность.

Для однофазного обтекания стенки α для каждого из потоков является функцией Re и Pr. Когда происходит конденсация или кипение, α также может зависеть от разницы температур. Как только коэффициент теплопередачи для каждого потока и стены известен, общий коэффициент теплопередачи U определяется как

(3)

где сопротивление стенки r w равно 1 / α w . Общая скорость теплопередачи между горячей и холодной текучими средами тогда определяется выражением

(4)

Это уравнение предназначено для постоянных температур и коэффициентов теплопередачи.В большинстве теплообменников это не так, поэтому используется другая форма уравнения

(5)

где - общая тепловая нагрузка, U - средний общий коэффициент теплопередачи, а ΔT M - средняя разница температур. Расчет ΔT M и отказ от предположения о постоянном коэффициенте теплопередачи описаны в разделе «Средняя разница температур».

Расчет U и ΔT M требует информации о типе теплообменника, геометрии (например,g., размер проходов в пластине или диаметр трубы), ориентация потока, чистый противоток или поперечный поток и т. д. Затем можно рассчитать общую нагрузку с использованием предполагаемого значения AT и сравнить с требуемой нагрузкой. Затем можно внести изменения в предполагаемую геометрию и U, ΔT M и пересчитать, чтобы в конечном итоге перейти к решению, которое равно требуемой нагрузке. Однако при выполнении термического анализа на каждой итерации также следует проверять, не превышен ли допустимый перепад давления.Компьютерные программы, такие как TASC от HTFS (Heat Transfer and Fluid Flow Service), автоматически выполняют эти вычисления и оптимизируют конструкцию.

Механические аспекты

Все типы теплообменников должны подвергаться механической конструкции в той или иной форме. Любой теплообменник, работающий при давлении выше атмосферного, должен быть спроектирован в соответствии с местным кодом конструкции сосуда под давлением , например ASME VIII (Американское общество инженеров-механиков) или BS 5500 (Британский стандарт).Эти нормы определяют требования к резервуару высокого давления, но не касаются каких-либо специфических особенностей конкретного типа теплообменника. В некоторых случаях для определенных типов теплообменников существуют специальные стандарты. Два из них перечислены ниже, но в целом отдельные производители определяют свои собственные стандарты.

ССЫЛКИ

Гарланд, У. Дж. (1990) Частное сообщение.

Уокер, Г. (1982) Industrial Heat Exchangers-A Basic Guide , Hemisphere Publishing Corporation.

Rohsenow, W. M. и Hartnett, J. P. (1973) Handbook of Heat Transfer , New York: McGraw-Hill Book Company. DOI: 10.1016 / 0017-9310 (75)

-9

Сондерс, Э. А. Д. (1988) Теплообменники - выбор, проектирование и изготовление, Longman Scientific and Technical. DOI: 10.1016 / 0378-3820 (89)

-5

Ассоциация производителей трубчатых теплообменников, (1988) (TEMA), седьмое издание. Кожухотрубные теплообменники .

Американский институт нефти (API) 661: Теплообменники с воздушным охлаждением для нефтяной промышленности .

.

Теплообменник с прямым контактом | IntechOpen

2.3.1. Оценка производительности модели DCHE

Из-за сложности многофазной структуры DCHE эффективность теплообмена часто выражается в терминах объемного коэффициента теплопередачи, ч V , который определяется формулой [43] :

, где V - объем непрерывной фазы в DCHE, а Q - скорость теплопередачи от непрерывной фазы к дисперсной фазе, определяемая по формуле:

, где м - массовый расход- расход водяного пара дисперсной фазы, а ч - энтальпия дисперсной фазы. LMTD в уравнении. (1) - это средняя логарифмическая разница температур, которая определяется как:

LMTD = (Tci-Tdo) - (Tco-Tdi) ln (Tci-Tdo) (Tco-Tdi) E3

, где T - температура. Во всех уравнениях индекс c относится к непрерывной фазе, d относится к дисперсной фазе, i относится к входу и o относится к выходу.

2.3.2. Вычислительная гомология (числа Бетти)

Подсчет ящиков методом эрозий, разработанный Le Coënt et al.[15], может применяться для количественной оценки однородности смеси; тем не менее, он недоступен для количественной оценки неоднородности смеси. Как показал эксперимент, некоторые агломераты все еще существуют в сосуде после довольно долгого перемешивания. С расчетной гомологией был предложен оригинальный метод анализа, направленный на получение количественной оценки однородности и неоднородности смеси.

Как мы все знаем, нулевое число Бетти и первое число Бетти имеют следующую информацию [18, 44]: β 0 равно количеству связанных компонентов, составляющих пространство, а β 1 позволяет оценить количество туннелей в конструкции.В двумерной области туннели превращаются в петли. Поскольку изображение является трехмерным, у него есть три числа Бетти: β 0 , β 1 и β 2 . β 2 измеряет количество полностью закрытых полостей, например, внутри сферы. β 0 указывает количество деталей, а β 1 представляет количество отверстий. Другими словами, эффект смешивания будет зависеть от количества кусочков в стеклянном сосуде.Таким образом, β 0 и β 1 используются для получения такой характеристики однородности смеси и неоднородности смеси, соответственно.

β 0 , β 1 и их средние β¯0, β¯1 бинарных изображений структур могут быть получены при различной глубине погружения фурмы и расходах газа. Кроме того, мы можем получить значение времени T (единица времени: секунды), при котором β 0 черно-белого изображения равно β¯0.Время T может использоваться для получения минимального времени перемешивания.

Установить

χ +: = {t | β0 (t)> β¯0, t> T} χ -: = {t | β0 (t) <β¯0, t> T} A: = 12 [1m ∑t∈χ + β0 (t) −1n∑t∈χ − β0 (t)] E4

, где β 0 ( t ) обозначает нулевое число Бетти двоичного изображения узора, которое захваченные в момент времени t и m , n - это числа элементов в χ + , χ - . A используется для оценки амплитуды отклонения β 0 (t) от их среднего β¯0.

В двумерных случаях β 0 - это количество связанных компонентов, например, черных областей. Количество этих отверстий, полностью заключенных в кубы / пиксели, измеряется как β 1 , а β 1 представляет количество отверстий в домене. Эти белые области легко пересчитать. Как показано на рисунке 2, β 0 представляет количество непрерывных фаз, тогда как β 1 представляет количество скоплений пузырей.

Расчет числа Бетти затруднен, и методы находятся только на начальной стадии [44]. Для вычисления чисел Бетти использовался бесплатный пакет программ CHomP [44, 45]. Мы могли вычислить β 0 и β 1 изображений открытых операций паттернов на разных экспериментальных уровнях с помощью программного пакета CHomP [45].

Впоследствии мы получили значение времени t (секунды), которое можно использовать для оценки псевдоднородного времени с β 1 , представляющим среднее значение β 1 изображения открытой операции после псевдоднородный процесс.При просмотре множества тестовых изображений было обнаружено, что размеры пузырьков практически одинаковы. При псевдоднородном времени вся видимая область была покрыта пузырьками [36]. Как мы все знаем, комбинируя эволюцию чисел Бетти, мы можем различить, равномерно ли распределение или нет. Вначале число Бетти увеличивается, а затем быстро стабилизируется после колебаний.

Как показано на рисунке 3, была выполнена операция преобразования изображений открытой операции. Результаты показали, что черно-белое преобразование напрямую приводит к переключению между соответствующими объектами нулевого и первого чисел Бетти [46].Чтобы проиллюстрировать, β 0 и β 1 представляют номер непрерывной фазы на рисунке 3a и наоборот на рисунке 3b, соответственно. Поскольку именно белые поры наиболее непосредственно отражают структуру потока роя пузырей, β 1 все еще используется для характеристики количества роя пузырей.

Рисунок 3.

Влияние границы на числа Бетти.

2.3.3. Метод трех сигм

Пусть X будет нормально распределенной случайной величиной N ( μ , σ 2 ).Для любых k > 0, P {| X - μ | <} = 2Φ { k } −1, где Φ {·} - функция распределения стандартного нормального закона; откуда, в частности, для k = 3 следует, что P { μ −3 σ < X < μ +3 σ } = 0,9973. Последнее равенство означает, что X может отличаться от ожидаемого на величину, превышающую в среднем 3σ, не более чем в 3 раза из тысячи испытаний [47].Это обстоятельство иногда используется экспериментатором в некоторых задачах, полагая, что {| X - μ |> 3 σ } практически невозможно, и, следовательно, {| X - μ | <3 σ } практически наверняка. Вероятность двукратного превышения диапазона « μ ± 3 σ » составляет 7,29 × 10 6 . Действительно, экспериментальные временные ряды чисел Бетти аппроксимируют нормальное распределение, как показано на рисунке 4 [36].

Рис. 4. Гистограмма

чисел Бетти с нормальным распределением.

Две последовательные точки, выходящие за установленные пределы, рассматриваются как критерий исключения.

Шаг 1: Определение момента времени t 0 > t и t - время перемешивания, однородный тренд был представлен во время эволюции временного ряда числа Бетти для роя пузырей.

Шаг 2: Вычисление среднего t и стандартного отклонения σ временных рядов чисел Бетти после времени t 0 .

Шаг 3: Определение того, выходит ли событие за пределы диапазона « μ ± 3 σ », повторяющегося дважды, как t 0 в обратном порядке. Если да, то момент определяется как время перемешивания, т . Чтобы количественно оценить эффективность макромешалки с использованием чисел Бетти, данные чисел Бетти, удовлетворяющих приблизительно нормальному распределению, собираются из процесса однородности смешивания, затем пусть μ представляет собой оценочное среднее, а σ представляет собой оценочное стандартное отклонение, а время перемешивания - это время, когда критическая точка превышает диапазон μ -3 σ в обратном порядке дважды.

Сама по себе технология не ограничивается прозрачными резервуарами. Его можно использовать в сочетании с томографией электрического сопротивления (ERT), позиционной эмиссионной томографией (PET) и магнитно-резонансной томографией (MRI) [36].

2.3.4. Меры однородности

Популярным показателем качества является звездное несоответствие [48] и его обобщение L p -звездное несоответствие. Пусть F u ( x ) = x 1 x 2 x с - функция равномерного распределения на C

01 с. , где x = ( x 1 , x 2 ,…, x с ).Пусть F P ( x ) будет эмпирической функцией распределения P = { x 1 , x 2 ,…, x n } :

FP (x) = 1n∑i = 1n1 [xi, ∞) (x) E5

, где 1 A ( x ) - индикаторная функция. Тогда L p -звездное несоответствие может быть определено как L p -норма разницы между равномерной и эмпирической функцией распределения, а затем L p несоответствие может быть определяется как:

Dp (P) = [∫Cs | Fu (x) −Fp (x) | pdx] 1pE6

Принимая p = ∞, L ∞ Расхождение , которое определяется как максимальное отклонение между этими двумя распределениями называется звездным расхождением [48].Вероятно, это наиболее часто используемый и может быть выражен другим способом следующим образом:

Dp ∗ (P) = supx∈Cs | Fu (x) −Fp (x) | E7

Имея в виду критерий несоответствия, мы теперь обсудим как построить коэффициент однородности. x = ( x 1 , x 2 ,…, x s ) ∈ C s , [ 0 , x = [0, x 1 ] × [0, x 2 ] ×… × [0, x s ] - прямоугольник, определяемый исходной точкой O и x, выбранным для C с . Объем ([ 0 , x ]) обозначает объем прямоугольного твердого тела [ 0 , x ], где Объем ([ 0 , x ]) = x 1 x 2 x с = F u ( x ). Пусть || быть набранным количеством очков в группе. Функция | P∩ [ 0 , x ] / n | представляет эмпирическое распределение, как показано ниже:

FP (x) = 1n∑i = 1n1 [xi, ∞) (x) = | P∩ [0, x] | nE8

Определение 2.1. Локальная функция невязки:

disk ∗ (x) = Fu (x) −FP (x) = Vol ([0, x]) - | P∩ [0, x] | nE9

Разница между теорией и эмпирическим Распределение можно использовать для измерения функции локального расхождения с прямоугольником [ 0 , x ]. По-другому это можно выразить следующим образом:

disci (s, t) = voli (s, t) voli (⋅, t) −holi (s, t) holi (⋅, t) E10

, где i обозначает четыре угла изображения, i = 1, 2, 3, 4, vol обозначает объем прямоугольного твердого тела, hol - количество пузырей.

Определение 2.2. Среднее абсолютное расхождение часто определяется следующим образом:

MAD (s, t) = 14∑i = 14 | disci (s, t) | E11

На рисунке 5 влияние итерационных шагов на измерение не сильно выражено. MAD (среднее абсолютное несоответствие) проводится по четырем углам изображения.

Рисунок 5.

Влияние исходных позиций на коэффициент однородности.

Определение 2.3. Коэффициент однородности (UC) в момент времени t часто определяется как

UC (t) = 1-Median {MAD (s, t)} E12UC1 (t) = 1−1S∑s = 1SMAD (s, t) E13

В любом случае степень однородности смешивания может быть успешно определена методом коэффициента однородности (Рисунок 6).После определенной обработки диапазон значений UC обычно составляет [0, 1]. Мы также отмечаем, что итерационные шаги существенно не влияют на измерение.

Рисунок 6.

Влияние выражений (слева) и шагов итерации (справа) на коэффициент однородности.

На рисунке 7, когда размеры пикселей уменьшаются с 16: 9 до 4: 3, влияние кривой гомогенизации методом коэффициента однородности не уменьшается [40]. Однако направление кривой гомогенизации по методу чисел Бетти становится неясным.

Рисунок 7.

Влияние разных пикселей (16: 9 и 4: 3) на коэффициент однородности.

Эволюция чисел UC и Бетти для двоичных изображений при разных размерах изображений была четко показана на рисунке 7.

Метод квази-Монте-Карло является наиболее часто используемым методом измерения однородности в литературе, особенно когда p = ∞ и 2. Когда p = 2, Варнок [49] дал аналитическую и простую формулу для расчета L 2 -звездного несоответствия следующим образом:

D2 ∗ (P) = {(13) s − 1n∑i = 1n∏j = 1s1 − xij22 + 1n2∑i, l = 1n∏j = 1s [1 − max (xij, xlj)]} 12E14

, где x k = ( x k 1 , x k 2 ,…, x ks ).К сожалению, несоответствие L 2 -звезд имеет некоторые ограничения, как указали Генрих и Хикернелл [41, 42]. Чтобы преодолеть эти недостатки, были предложены другие неточности. Из определения несоответствия его формула вычисляется следующим образом, если целевая функция принимает функцию равномерного распределения на X :

D (P, K) = {∫X2K (x, y) dFu (x) dFu (y) - 2n∑i = 1n∫XK (x, y) dFu (y) + 1n2∑i, k = 1nK (xi, xk)} 12E15

Согласно Fang et al. [50], функции ядра воспроизведения берутся соответственно следующим образом:

Kc (z, t) = 2 − s∏j = 1s (2+ | zj − 12 | + | tj − 12 | - | zj − tj |) E16Kw (z, t) = ∏j = 1s (32− | zj − tj | + | zj − tj | 2) E17

, следовательно, аналитические выражения для центрированного несоответствия и циклического несоответствия выглядят следующим образом:

CD (t) = {(1312) s − 2n∑i = 1n∏j = 1s (1 + 12 | xij − 0.5 | −12 | xij − 0,5 | 2) + 1n2∑i = 1n∑k = 1n∏j = 1s (1 + 12 | xij − 0,5 | +12 | xkj − 0,5 | −12 | xij − xkj |)} 12E18WD (t) = {- (43) s + 1n (32) s + 2n2∑i = 1n − 1∑k = i + 1n∏j = 1s (32− | xij − xkj | + | xij − xkj | 2 )} 12E19

UC-CD и UC-WD, относящиеся ко времени t , определены и обозначены как

UC − CD (t) = 1 − CD (t), UC − WD (t) = 1 − WD (t) E20

, где CD (t ) и WD ( t ) обозначают модифицированное несоответствие.

Многие узоры пузырьков связаны со временем t , а одна часть узоров соответствует одному t . Для расчета UC-CD и UC-WD необходимо использовать значения оси x и оси y в декартовой системе координат для определения положения роя пузырей.

Шаг 1: Преобразуйте матрицу изображения в матрицу 0–1.

Шаг 2: Найдите координаты одного пузыря, расположенного в верхнем левом и нижнем правом углах.

Шаг 3. Вычислите средние значения строк и столбцов двух указанных выше координат.

В нашей работе M = 1280 и N = 720, а затем корректировка каждого фрагмента пузырьков до единого размера пикселя M × N . Пиксельная матрица изображения преобразуется в координату в пределах [0,1]

x = x0−1M − 1, y = N − y0N − 1E21

и где x 0 и y 0 обозначают столбец, а Строка одной матрицы изображения, x и y обозначают координаты горизонтальной оси и вертикальной оси в декартовой системе координат.Кроме того, в этой работе с = 2, поэтому ( x , y ) одна экспериментальная точка равна ( x i 1 , x i 2 ) уравнений. (7) и (8).

Начало координат находится в нижнем левом (BL) углу одного фрагмента шаблона. Разумеется, другие три группы способов преобразования используются для того, чтобы установить начало координат в нижнем правом (BR), верхнем правом (TR) и верхнем левом (TL) монетоприемниках одного куска узора, соответственно.Подробные формулы следующие:

x = M − x0M − 1 y = N − y0N − 1 x = M − x0M − 1 y = y0−1N − 1 x = x0−1M − 1 x = y0−1N − 1.E22

Что еще интереснее, эти методы преобразования разные, но соответствуют операции поворота координат для прямоугольной плоской системы координат. Следовательно, мы будем говорить о вращательной инвариантности и пренебречь различными методами преобразования в следующем разделе.

.

Смотрите также