0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое теплообмен двигателя

Теплообменные аппараты. Теплопередача

Изучение устройства и определение назначения теплообменных аппаратов, основы их теплового расчета. Конструкторское описание основных элементов криогенных машин и установок, их назначение. Понятие теплообмена и изучение основных законов теплопередачи.

РубрикаПроизводство и технологии
Видконтрольная работа
Языкрусский
Дата добавления07.07.2014

Теплообменные аппараты. Теплопередача

1. Основы теплового расчета теплообменных аппаратов

2. Криогенные машины и установки. Назначение, устройство, основные элементы криогенных машин и установок

3. Теплопередача. Основные законы теплопередачи
Список литературы
теплопередача криогенная установка теплообменный аппарат
1. Основы теплового расчета теплообменных аппаратов
По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные. Выделяются еще теплообменные устройства, в которых нагрев или охлаждение теплоносителя осуществляется за счет внутренних источников теплоты.
Рекуперативные теплообменные аппараты представляют собой устройства, в которых две жидкости с различными температурами текут в пространстве, разделенном твердой стенкой. Теплообмен происходит за счет конвекции и теплопроводности, а если хоть одна из жидкостей является излучающим газом, то и за счет теплового излучения. Примером таких аппаратов являются котлы, подогреватели, конденсаторы, выпарные аппараты и др.
Регенераторы — такие теплообменные аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева через определенные промежутки времени омывается то горячей, то холодной жидкостью. Сначала поверхность регенератора отбирает теплоту от горячей жидкости и нагревается, затем поверхность регенератора отдает энергию холодной жидкости. В регенераторах теплообмен всегда происходит в нестационарных условиях, а рекуперативные теплообменные аппараты большей частью работают в стационарном режиме.
Так как в регенеративных и рекуперативных аппаратах процесс передачи теплоты неизбежно связан с поверхностью твердого тела, то их еще называют поверхностными. В смесительных аппаратах теплопередача осуществляется при непосредственном контакте и смешении горячей и холодной жидкостей. Типичным примером таких теплообменников являются градирни. В градирнях вода охлаждается атмосферным воздухом. Воздух непосредственно соприкасается с водой и перемешивается с паром, возникающим из-за частичного испарения воды.
Независимо от принципа действия теплообменные аппараты, применяющиеся в различных областях техники, имеют свои названия. Однако с теплотехнической точки зрения все аппараты имеют одно назначение — передачу теплоты от одного теплоносителя к другому или поверхности твердого тела к движущимся теплоносителям. Последнее и определяет те общие положения, которые лежат в основе теплового расчета любого теплообменного аппарата.
Основные положения и уравнения теплового расчета
Тепловые расчеты теплообменных аппаратов могут быть проектными и поверочными. Проектные (конструктивные) тепловые расчеты выполняются при проектировании новых аппаратов, целью расчета является определение поверхности теплообмена. Поверочные тепловые расчеты выполняются, в случае если известна поверхность нагрева теплообменного аппарата и требуется определить количество переданной теплоты и конечные температуры рабочих жидкостей. Тепловой расчет теплообменных аппаратов сводится к совместному решению уравнений теплового баланса и теплопередачи. Эти два уравнения лежат в основе любого теплового расчета. Ниже названные уравнения приводятся для рекуперативных теплообменников.
Уравнение теплового баланса. Изменение энтальпии теплоносителя вследствие теплообмена определяется соотношением
Здесь и в дальнейшем индекс «1» означает, что данная величина отнесена к горячей жидкости, а индекс «2» — к холодной. Обозначение (штрих) соответствует данной величине на входе в теплообменник, (два штриха) — на выходе.
Полагая, что ср=const и dh=cpdt, предыдущие уравнения можно записать:
Удельная теплоемкость ср зависит от температуры. Поэтому в практических расчетах в уравнение подставляется среднее значение изобарной теплоемкости в интервале температур от t’ до .
При рассмотрении теплообменных аппаратов с непрерывно изменяющейся температурой теплоносителей следует различать аппараты:
1) прямого тока; 2) противоточные; 3) перекрестного тока; 4) со сложным направлением движения теплоносителей (смешанного тока).
2. Криогенные машины и установки. Назначение, устройство, основные элементы криогенных машин и установок
К криогенным машинам в настоящее время можно отнести низкотемпературные машины, которые предназначены для производства холода на температурном уровне, как правило, ниже 120 К и перекачивания криогенных жидкостей. К таким машинам следует отнести расширительные машины — детандеры, криогенные газовые машины (КГМ), работающие по различным циклам, и криогенные насосы для перекачивания криогенных жидкостей.
Детандеры — это расширительные низкотемпературные машины, служащие для производства холода путем расширения рабочего тела с понижением температуры и отдачей внешней работы (энергии).
Термин «детандер» происходит от французского слова «dе’tendre», что означает уменьшение давления, и введен выдающимся французским ученым, академиком и создателем первого в мире детандера Жаком Клодом.
Детандеры получили широкое распространение в качестве генератора холода в воздухоразделительных установках (ВРУ), в гелиевых и водородных рефрижераторных и ожижительных системах для получения жидких гелия, водорода и других низкотемпературных жидкостей. В последнее время они стали широко применяться в ожижителях природного газа.
По принципу действия детандеры представляют собой энергетические машины, в которых одновременно с производством холода вырабатывается еще и работа в виде механической и электрической энергии, которую можно использовать в качестве привода различных машин и систем. Однако они отличаются от традиционных энергетических машин (паровых и газовых турбин, двигателей и т.п.), прежде всего температурным уровнем их работы. Если энергетические машины работают при температурах T выше температуры окружающей среды , т. е. , то детандеры работают при температурах T ниже , т. е. . Главным назначением энергетических машин является производство работы, а главным назначением детандеров — производство холода. Это отличие детандеров накладывает на них особые условия работы, конструктивного оформления и эксплуатации.
Криогенные газовые машины (КГМ) представляют собой низкотемпературные установки, в которых осуществляется весь обратный термодинамический цикл, предназначенный для производства холода. В КГМ одновременно сосредоточены и компрессор для сжатия газов и детандер для расширения газа, и теплообменные аппараты для передачи теплоты (холода).
Так, КГМ Стирлинга — это криогенная установка, в которой одновременно размещаются поршневой компрессор, поршневой детандер — вытеснитель, теплообменный аппарат для отвода тепла сжатия, регенеративный теплообменник и теплообменник нагрузки для отвода холода на низкотемпературном уровне. Реализация в такой криогенной машине целого цикла позволяет существенно сократить габаритные размеры и массу установки. Поэтому КГМ получили наибольшее распространение в микрокриогенной технике. Их также используют в качестве генераторов
холода в малых воздухоразделительных установках, гелиевых системах небольшой холодопроизводительности, для переконденсации паров при длительном хранении криогенных жидкостей, для ожижения воздуха и т.п.

Рис. 1. Схема криогенной установки с однократным дросселированием.

Рис. 2. Схема криогенной установки с двойным дросселированием

3.Теплопередача. Основные законы теплопередачи

Теория теплопередачи, или теплообмена, представляет собой учение о процессах распространения теплоты в пространстве с неоднородным полем температур. Существуют три основных вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Теплопроводность — это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов). Конвекция осуществляется путем перемещения в пространстве неравномерно нагретых объемов среды. При этом перенос теплоты неразрывно связан с переносом самой среды. Тепловое излучение характеризуется переносом энергии от одного тела к другому электромагнитными волнами. Часто все способы переноса теплоты осуществляются совместно. Например, конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, так как при этом неизбежно соприкосновение частиц, имеющих различные температуры. Совместный процесс переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом. Частным случаем конвективного теплообмена является теплоотдача — конвективный теплообмен между твердой стенкой и движущейся средой. Теплоотдача может сопровождаться тепловым излучением. В этом случае перенос теплоты осуществляется одновременно теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением. Многие процессы переноса теплоты сопровождаются переносом вещества — массообменном, который проявляется в установлении равновесной концентрации вещества. Совместное протекание процессов теплообмена и массообменна называется тепломассообменном.

Теплопроводность определяется тепловым движением микрочастиц тела. В чистом виде явление теплопроводности наблюдается в твердых телах, неподвижных газах и жидкостях при условии невозможности возникновения в них конвективных токов. Передача теплоты теплопроводностью связана с наличием разности температур тела. Совокупность значений температур всех точек тела в данный момент времени называется температурным полем. В общем случае уравнение температурного поля имеет вид:

где t — температура тела; х, у, z — координаты точки; ф — время. Такое температурное поле называется нестационарным и отвечает неустановившемуся режиму теплопроводности. Если температура тела не изменяется с течением времени, то температурное поле называется стационарным. Тогда

Температура может быть функцией одной, двух и трех координат, соответственно температурное поле будет одно-, дву- и трехмерным. Наиболее простой вид имеет уравнение одномерного стационарного температурного поля:

Закон Фурье

Согласно гипотезе Фурье, количество теплоты d 2 Qф, проходящее через элемент изотермической поверхности dF за промежуток времени , пропорционально температурному градиенту :

Здесь множитель л называется коэффициентом теплопроводности. Знак минус указывает на то, что теплота передается в направлении уменьшения температуры. Количество теплоты, прошедшее в единицу времени через единицу изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока:

Список использованной литературы

1.Гребер Г., Эрк С., Григулль У., Основы учения о теплообмене, пер. с нем., М.,2009 г; — 239 с.;

2. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. — М.: Госэнергоиздат, 2008 г; — 418 с.;

3.Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. (Курсовое проектирование). / Учеб. пособие для энергетических вузов и факультетов. — М.: Энергия, 2005 г;- 408 с.;

4.С.С. Червяков «Основы холодильного дела», М, 2009 г; — 335 с.;

5.Шорин С. Н., Теплопередача, 2 изд., М2002 г; Михеев М. А., Михеева И. М., Основы теплопередачи, 2 изд., М.,2003 г; — 456 с.;

Подобные документы

Теплообменные аппараты паротурбинных установок, признаки их классификации. Функциональное назначение теплообменных аппаратов. Конструктивный расчет регенеративного подогревателя низкого давления, определение его основных геометрических параметров.

контрольная работа [1,5 M], добавлен 20.12.2011

Определение поверхности теплообмена и конечных температур рабочих жидкостей. Расчетные уравнения теплообмена при стационарном режиме — уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчёт кожухотрубчатого и пластинчатого теплообменных аппаратов.

курсовая работа [5,2 M], добавлен 03.01.2011

Изучение назначения и устройства испарителей. Определение параметров вторичного пара испарительной установки, гидравлических потерь контура циркуляции испарителя. Расчет коэффициентов теплопередачи и кинематической вязкости, удельного теплового потока.

контрольная работа [377,4 K], добавлен 06.09.2015

Понятие и классификация теплообменных аппаратов. Определение площади поверхности теплообмена и коэффициента теплопередачи. Расчет гидравлических и механических характеристик устройства. Обоснование мероприятий по снижению гидравлического сопротивления.

курсовая работа [83,2 K], добавлен 17.07.2012

Общие сведения о теплообменных аппаратах: их конструктивное оформление, характер протекающих в них процессов. Классификация теплообменников по назначению, схеме движения носителей, периодичности действия. Конструкции основных поверхностных аппаратов.

реферат [3,5 M], добавлен 15.10.2011

Ознакомление с конструкцией теплообменных аппаратов нефтепромышленности; типы и конструктивное исполнение кожухотрубчатых установок. Описание технологического и механического расчета оборудования. Выбор конструкционных материалов и фланцевого соединения.

дипломная работа [3,3 M], добавлен 17.04.2014

Основная роль теплообменных аппаратов при работе современных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Классификация теплообменных аппаратов ДВС. Охладители воды и масла. Водо-водяные и воздухо-водяные охладители. Охладители наддувочного воздуха ДВС.

реферат [611,2 K], добавлен 20.12.2013

Технология ремонта центробежных насосов и теплообменных аппаратов, входящих в состав технологических установок: назначение конденсатора и насоса, описание конструкции и расчет, требования к монтажу и эксплуатации. Техника безопасности при ремонте.

дипломная работа [3,8 M], добавлен 26.08.2009

Применение теплообменных аппаратов типа «труба в трубе» и кожухотрубчатых для нагрева уксусной кислоты и охлаждения насыщенного водяного пара. Обеспечение должного теплообмена и достижения более высоких тепловых нагрузок на единицу массы аппарата.

курсовая работа [462,6 K], добавлен 06.11.2012

Проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов. Тепловой конструктивный расчёт рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника, а также тепловой расчёт пластинчатого теплообменника. Расчет гидравлических сопротивлений при движении теплоносителей.

курсовая работа [562,3 K], добавлен 29.12.2010

То в жар, то в холод

Теплообмен как двигатель торговли

Почему человеку бывает холодно, а лягушке даже на Монблане не нужен пуховик? Согреет ли нас гусиная кожа, и за что производители одежды должны благодарить гомеостаз?

Кто из нас, взбираясь на гору с тяжеленным рюкзаком, не ворчал по поводу излишне теплой одежды? А потом, вечером, не пытался в ней же согреться у костра? Почему в одной и той же куртке может быть и холодно, и жарко, и как на ощущение климатического комфорта влияет температура окружающего воздуха или интенсивность физической активности? О том, почему греет одежда, мы рассказывали в статье «Кто согревает теплую одежду». В этой статье мы поговорим о том, почему человек вообще нуждается в одежде, и зачем она должна его греть.

Голландец Вим Хоф (Wim Hof) по прозвищу «Ледяной человек» (The Iceman) прославился своей слабой чувствительностью к холоду. Он установил несколько рекордов, связанных с продолжительностью пребывания человека в экстремально холодных условиях. Айсмен провел 72 минуты в емкости с холодной водой и льдом, взошел на французский Монблан босиком и совершил еще множество «хладнокровных» поступков, недоступных большинству простых людей.

В отличие от Вима Хофа, другое живое существо — обычная лягушка — на Монблан не забирается, но прочие низкотемпературные подвиги совершает постоянно, что, однако, не делает ее знаменитой. Можно, конечно, предположить, что Iceman, в отличие от лягушки, преуспел в вопросах PR, однако истина в другом. Лягушка, как и многие другие представители животного мира и рыб, является существом холоднокровным. Человек, наоборот, принадлежит к довольно большой теплокровной группе. Холодно- и теплокровные организмы приспосабливаются к среде и реагируют на изменение температурных условий по-разному.

Гомеостаз

В XIX веке французский медик Клод Бернар (Claude Bernard) вывел принципы, которые затем легли в основу теории гомеостаза. Согласно этой теории живой организм образует единую энергетическую систему с окружающей средой и стремится сохранить постоянство своей внутренней среды.

Эволюция предложила разные варианты обеспечения гармонии между организмом и окружающей средой. Например, уже знакомая нам лягушка хладнокровно решила, что температура ее тела будет практически такой же, как у воды и воздуха вокруг нее. В результате лягушка нормально живет при температуре ее собственного лягушачьего тела от 0 до 25 градусов по Цельсию. Животные подобные лягушке при сильном понижении температуры способны впадать в анабиоз — состояние, когда жизнедеятельность организма замедляется почти до полной остановки. Некоторые из таких животных, например сибирский углозуб, даже зимуют в глыбе льда, замерзая до весны вместе с водой, в которой они плавали. Такой способ приспособления к условиям окружающей среды называется конформационным.

Сибирский углозуб может зимовать в глыбе льда, замерзая вместе с водой, в которой плавал

Человек, в отличие от лягушки, нормально функционирует только если температура его собственного тела постоянна и не изменяется вслед за температурой окружающей среды. Этот способ адаптации называется регуляторным и достигается с помощью развитой физиологической системы терморегуляции, управляющей теплообменом. Эта система следит за внутренней температурой организма человека, и если она отклоняется от нормальных 37 ºС в ту или другую сторону, то запускаются механизмы коррекции. Дрожание на холоде или потение в жару — внешние проявления работы таких механизмов.

У обоих вариантов гомеостаза есть свои преимущества и недостатки. Холоднокровные животные меняют «стиль жизни» в зависимости от внешних условий и могут переносить низкие температуры в течение длительного времени, снижая свою активность практически до нуля. Теплокровные, наоборот, тратят значительные силы на поддержание стабильной внутренней температуры тела, но это дает им возможность сохранять обычную активность при довольно широком диапазоне внешних температур.

Теплообмен

Что же такое теплообмен? К чему все эти мучения с потением или, наоборот, что приятного в мурашках на коже?

Теплообмен — это перенос тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Такой процесс всегда имеет одно направление и необратим. То есть перенос тепла от нагретого утюга к брюкам возможен, а вот брюки нагретому утюгу передать тепло не смогут. Процесс теплообмена по своему принципу похож на поведение жидкости в сообщающихся сосудах: жидкость будет перетекать из одного сосуда в другой до тех пор, пока уровень жидкостей в двух сообщающихся сосудах не станет одинаковым. Так и тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому до тех пор, пока их температура не станет одинаковой.

Три вида теплообмена

Теплообмен принято делить на три вида: теплопроводность, лучистый теплообмен и конвекция.

1. Теплопроводность — это непосредственный перенос тепла от более нагретого к менее нагретому. Горячий кофе передает тепло чашке, а чашка — рукам. Это будет происходить до тех пор, пока температура напитка, чашки и рук не сравняется. И наоборот, если емкость с напитком холодна (например, фужер с коньяком), то тепло передается в обратном направлении — от рук к напитку. Именно благодаря теплопроводности хороший коньяк, нагреваясь, становится очень хорошим.

Холодные уши — вовсе не признак дурака. Так устроен любой человек

Человеческое тело отдает свое тепло не только коньяку, но и окружающей среде — воздуху или другим холодным предметам, с которыми человек соприкасается. Различные зоны человеческого тела делают это по-разному. Например, верхняя часть, особенно голова и шея, отдают много тепла, а ноги и участки тела с большим количеством подкожного жира — мало. Кстати, именно поэтому упитанные люди мерзнут меньше худых.

2. Лучистый теплообмен — это вариант теплообмена без непосредственного контакта тел. Так нас греет солнце или любой другой нагретый предмет, даже не прикасаясь к которому, мы можем сказать, что от него исходит жар.

Солнце греет нас на расстоянии благодаря лучистому теплообмену

3. Конвекция — вид теплообмена, осуществляемого движущимися потоками одного и того же вещества. Благодаря конвекции перемешивается вода в стоящем на огне чайнике. То же самое происходит с теплым воздухом под одеждой. Поднимаясь вдоль тела и выходя наружу, он уступает место воздуху с улицы, и мы начинаем мерзнуть.

Виды конвекции в чайнике и туристе

Роль механизмов регуляции теплообмена

Внутренняя температура тела человека поддерживается за счет теплопродукции — производства тепла в ходе обмена веществ и мышечной деятельности. Здоровый организм не замечает эту температуру, но даже небольшое — в половину градуса — ее изменение является поводом для того, чтобы забраться в постель, потребовать тишины, глинтвейна и оплаченного больничного листа.

Но не менее важна для человека и температура среды его обитания.

Голый человек способен продолжительно и эффективно функционировать лишь в довольно узком диапазоне температур окружающей среды — в районе 27 ºС. Если температура окружающей среды поднимается выше 27 градусов, возникает риск гипертермии (перегрева). В таких случаях система терморегуляции человека увеличивает теплоотдачу за счет испарения влаги, вырабатываемой потовыми железами. Кроме этого осуществляется перераспределение кровотока от внутренних органов к внешней поверхности тела.

И наоборот, когда температура окружающей среды заметно и продолжительно опускается ниже 27 градусов, организм включает механизмы терморегуляции, которые уменьшают потери тепла и увеличивают теплопродукцию.

К таким механизмам относятся:

Дрожание — быстрое непроизвольное сокращение мышц, в процессе которого выделяется тепло для согрева внутренних органов.

Отток крови от внешней, охлажденной поверхности тела. Такой отток не позволяет крови отдавать тепло, необходимое для работы внутренних органов. Этот эффект проявляется, в частности, как замерзание пальцев рук и ног.

Гусиная кожа — мурашки, которые вызываются напряжением микромыщц, отвечающих за положение волосков на коже. У человека это наследие предков является классическим атавизмом, но у наших прародителей эти мышцы поднимали шерсть, увеличивая высоту волосяного покрова. Это удерживало воздух у кожи, который как теплоизолятор уменьшал тепловые потери.

Однако возможности терморегуляции не безграничны, и при дальнейшем устойчивом понижении температуры среды возникает риск различных нарушений в функционировании организма, развиваются симптомы гипотермии (переохлаждения), появляется дискомфорт, чувство «замерзания». Поэтому когда температурные условия выходят за определенные границы, собственных возможностей организма становится недостаточно, и человеку требуется посторонняя помощь. Одним из главных помощников человека в обеспечении температурного комфорта является одежда. Как именно она помогает, читайте в материале «Кто согревает теплую одежду».

Резюме:

Способность человека поддерживать стабильное состояние организма при изменениях окружающей среды называется гомеостазом.

Человек — существо теплокровное и нормально функционирует лишь при внутренней температуре 37 ºС и внешней 27 ºС.

При изменении этих температур в ту или иную сторону включаются механизмы естественной терморегуляции человеческого организма, усиливающие или, наоборот, ослабляющие теплообмен.

Возможности естественной терморегуляции ограниченны, и при значительном изменении температуры окружающей среды человек может столкнуться с проблемами переохлаждения или перегрева.

  • Одежда является одним из основных способов обеспечения температурного комфорта в условиях широкого диапазона температур окружающей среды.
  • Теплообменные аппараты: виды, устройство, принцип работы

    Введение

    Теплообменник – техническое устройство, предназначенное для передачи тепла между нагретой средой и холодной. Чаще всего теплообмен осуществляется через элементы конструкции аппарата, хотя встречаются агрегаты, принцип действия которых основан на смешении двух сред.

    Области применения теплообменных аппаратов:

    • системы отопления;
    • металлургия;
    • энергетика;
    • тепловые пункты;
    • химическая и пищевая промышленности;
    • системы кондиционирования и вентилирования воздуха;
    • коммунальное хозяйство;
    • атомная и холодильная отрасли.

    Виды теплообменных аппаратов

    Теплообменные аппараты подразделяются на несколько групп в зависимости от:

    • типа взаимодействия сред (поверхностные и смесительные);
    • типа передачи тепла (рекуперативные и регенеративные);
    • типа конструкции;
    • направления движения теплоносителя и теплопотребителя (одноходовые и многоходовые).

    Наиболее наглядно классификация теплообменных аппаратов представлена на следующем изображении (если нужно увеличить картинку, то просто кликните по ней):

    Рис. 1. Виды устройств теплообменников в зависимости от принципа работы

    По типу взаимодействия сред

    Поверхностные

    Теплообменные аппараты данного вида подразумевают, что среды (теплоноситель и теплопотребитель) между собой не смешиваются, а теплопередача происходит через контактную поверхность – пластины в пластинчатых теплообменниках или трубки в кожухотрубных.

    Смесительные

    Кроме поверхностных теплообменников используются агрегаты, в основе эксплуатации которых лежит непосредственный контакт двух веществ.

    Наиболее известным вариантом смесительных теплообменников являются градирни:

    Рис. 2. Градирни – один из видов смесительных ТО

    Градирни используются в промышленности для охлаждения больших объемов жидкости (воды) направленным потоком воздуха.

    К смесительным теплообменникам относятся:

    • паровые барботеры;
    • сопловые подогреватели;
    • градирни;
    • барометрические конденсаторы.

    По типу передачи тепла

    Рекуперативные

    В данном виде устройств теплопередача происходит непрерывно через контактную поверхность. Примером такого теплообменного аппарата является пластинчатый разборный теплообменник.

    Регенеративные

    Отличаются от рекуператоров тем, что движение теплоносителя и теплопотребителя имеют периодический характер. Основная область применения таких установок – охлаждение и нагрев воздушных масс.

    Установки с подобным типом действия нужны в многоэтажных офисных зданиях, когда теплый отработанный воздух выходит из здания, но его энергию передают свежему входящему потоку.

    Рис. 3. Регенеративный теплообменник

    На изображении видно, как в теплообменник поступают 2 потока: горячий (I) и холодный (II). Проходя через коллектор 1, горячая среда нагревает гофрированную ленту, свернутую в спираль. В это время через коллектор 3, проходит холодный поток.

    Спустя какое-то время (от нескольких минут до нескольких часов), когда коллектор 1, заберет достаточное количество тепла (точное время зависит от тех. процесса), крыльчатки 2 и 4 поворачиваются.

    Таким образом изменяется направление потоков I и II. Теперь холодный поток идет через коллектор 1 и забирает тепло.

    По типу конструкции

    Вариаций конструкций теплообменных аппаратов очень много. Их выбор и подбор конкретной модели зависит от большого количества условий эксплуатации и технических характеристик:

    • мощность теплообменника;
    • давление в системе;
    • тип сред (агрессивные или нет);
    • рабочие температуры;
    • прочие требования.

    Подробную классификацию типов конструктивов теплообменных аппаратов можно посмотреть выше на Рис. 1.

    По направлению движения сред

    Одноходовые теплообменники

    В данном виде агрегатов теплоноситель и теплопотребитель пересекают внутренний объем теплообменника однократно по кратчайшему пути. Наглядно это показано в следующем видео:

    Подобная схема движения в ТО используется в простых случаях, когда не требуется повышать теплоотдачу от теплоносителя хладогенту. Кроме того, одноходовые теплообменники требуют более редкого обслуживания и промывки, так как на внутренних поверхностях скапливается меньше отложений и загрязнений.

    Многоходовые теплообменники

    Применяются, когда рабочие среды плохо отдают или принимают тепло, поэтому КПД теплообменного аппарата увеличивают за счет более длительного контакта теплоносителя с пластинами агрегата.

    Пример работы двухходового пластинчатого теплообменника представлен в данном видео:

    Устройство теплообменника

    Как отмечалось выше, конструкции теплообменных аппаратов очень сильно отличаются между собой, поэтому подробно о каждой из них будет рассказано в следующих статьях.

    В качестве примера можно рассмотреть пластинчатый разборный теплообменник, как наиболее современный и вытесняющий старые поколения теплообменных аппаратов: кожухотрубные (кожухотрубчатые), «труба в трубе» и другие виды.

    Данный вид ТО состоит из двух главных пластин: подвижной и неподвижной прижимных плит. Обе плиты имеют несколько отверстий.

    Отверстия, имеющие входящее и выходящее назначение потоков, надежно укрепляют специальной прокладкой и прочными кольцами спереди и сзади соответственно.

    Рис. 4. Устройство РПТО

    При монтаже к входным и выходным отверстиям через патрубки подключаются элементы трубопровода. Для соединения могут быть использованы трубы различного диаметра и с разным типом резьбы (современные требования предлагают использовать резьбу ГОСТа №12815 и ГОСТа №6357). Оба вида имеют прямую зависимость от устройства и его вида.

    Посередине между прижимными плитами размещается множество пластин. Толщина пластин находится в пределах всего 0,5 мм, изготавливаются они, только из нержавеющей стали или титана с помощью метода холодной штамповки.

    Все слои пластин перемежаются тонкой специальной уплотнительной резиной, которая устанавливается между всеми слоями пластин. Материал резины обладает заметной повышенной устойчивостью к высоким температурам, благодаря которой рабочие каналы становятся полностью герметичными.

    Прямые направляющие снизу и сверху обеспечивают фиксацию пакета пластин, а также являются направляющими при сборке агрегата. Пластины сжимаются до необходимого размера при помощи затяжных гаек.

    Внутреннее расположение пластин выбрано не случайно, каждая пластина через одну повернута на 180° относительно, рядом расположенных, соседних пластин. Благодаря данному устройству теплообменного аппарата входящее канальное отверстие имеет двойное уплотнение.

    Наглядно устройство пластинчатого теплообменника, его сборку и принцип действия можно посмотреть в данном видео:

    Принцип работы теплообменника

    Передняя и задняя плита имеют отверстия, которые подключаются к трубопроводу. По ним теплоноситель и теплопотребитель поступают внутрь агрегата.

    Рис. 5. Движение сред внутри пакета пластин

    Пристенный слой гофрированного типа, в условиях потока, имеющего большую скорость, начинает постепенно набирать турбулентность. Каждая среда перемещается на встречу друг другу с разных сторон пластины, чтобы избежать смешения.

    Параллельно расположенные пластины формируют рабочие каналы. Перемещаясь по всем каналам, каждая среда производит тепловой обмен и покидает внутренние пределы оборудования. Это означает, что все пластины являются самым важным элементом среди всех деталей теплообменника.

    Потоки внутри пластинчатого теплообменника могут идти по одноходовым и многоходовым схемам в зависимости от технических характеристик и условий решаемой задачи:

    Рис. 6. Схемы движения теплоносителей в пластинчатом разборном теплообменнике в зависимости от принципа работы

    Заключение

    В данной статье вы смогли ознакомиться с видами теплообменников, их назначением, сферами применения. В следующей статье мы подробно рассмотрим пластинчатые теплообменники — в чем их особенность, какие виды существуют и как они отличаются между собой, поэтому подписывайтесь на e-mail рассылку и новости в соцсетях, чтобы не пропустить их.

    Стоит помнить, что в настоящее время кожухотрубные (кожухотрубчатые) теплообменники активно вытесняются пластинчатыми, поскольку последние более универсальны и просты в обслуживании.

    Если вам нужно подобрать теплообменник под свою задачу, то вы можете посмотреть модели, которые поставляет наша компании в соответствующих разделах каталога.

    Если же у вас возникают трудности, то свяжитесь с нашими инженерами или заполните форму:

    Общие сведения из теории теплообмена

    Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище

    (военный институт) имени генерала армии В.Ф. Маргелова

    ФАКУЛЬТЕТ КОММУНИКАЦИЙ И АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА

    Т Е П Л О Т Е Х Н И К А

    Методические указания

    Для выполнения контрольного задания

    по дисциплине «Теплотехника»

    «Расчет параметров термодинамических и теплотехнических систем»

    Рязань 2011

    В методических указаниях приведены сведения, необходимые для выполнения контрольного задания по дисциплине «Теплотехника».

    Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 150200 (190601.65) «Автомобили и автомобильное хозяйство», специализация 150201 «Техническая эксплуатация автомобилей» по заочной форме обучения (программа ГОС ВПО 2009 г.).

    Методические указания на выполнение контрольного задания по дисциплине «Теплотехника» на тему «Расчет параметров термодинамических систем» разработаны преподавателем факультета коммуникаций и автомобильного транспорта РВВДКУ имени генерала армии В.Ф. Маргелова

    С О Д Е Р Ж А Н И Е

    1 Вводный раздел. 4

    1.1 Общие сведения из теории теплообмена. 5

    1.2 Общая характеристика циклов ДВС по способу подвода теплоты. 9

    2 Методические указания для выполнения контрольного задания. 11

    3 Контрольное задание. 12

    3.1 Условия задач. 13

    3.2 Вопросы к контрольному заданию. 20

    4 Пример решения задачи . 23

    5 Список литературы. 25

    Приложение. Образец титульного листа пояснительной записки. 27

    Введение

    Целью настоящего контрольного задания является закрепление знаний, полученных студентами при изучении теоретических разделов теплотехники: политропных процессов, термодинамических циклов тепловых двигателей и компрессоров, первого и второго законов термодинамики, устройств для получения и преобразования тепловой энергии, основ теории теплообмена, в том числе сложного теплообмена (теплопередачи), а также приобретение практических навыков выполнения теплотехнических расчетов,

    В результате выполнения работы студент должен освоить методику расчета термодинамических процессов и циклов, определения коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи, а также других необходимых показателей, характеризующих эффективность теплообмена в теплообменных устройствах, применяемых на автомобильной технике и в автомобильном хозяйстве.

    В контрольное задание включены четыре задачи и четыре вопроса.

    Вариант задачи и вопроса определяется по двум последним цифрам зачетной книжки студента.

    Оформление выполненного контрольного задания должно осуществляться в рукописном или машинописном виде на листах формата А4 в соответствии с требованиями ГОСТ 2.105-95 «Общие требования к текстовым документам».

    Вводный раздел

    Теплотехника – научная дисциплина, изучающая методы получения, преобразования и использования теплоты. Теплотехника является также отраслью техники, охватывающей конструирование, производство и эксплуатацию теплового оборудования.

    Теоретическим фундаментом теплотехники является техническая термодинамика. Техническая термодинамика изучает закономерности взаимного превращения тепловой и механической энергии и свойства тел, участвующих в этих превращениях. Важнейшей базой технической термодинамики являются первое и второе начало (законы) термодинамики.

    Теплотехника является одной из дисциплин, представляющих основы энергетики. Глубокие знания основных положений теплотехники современному инженеру, имеющему дело с автомобильной техникой и автомобильным хозяйством, необходимы не только в качестве общенаучной базы, но и для изучения специальных дисциплин, а также для решения ряда конкретных задач, связанных непосредственно с практическим использованием силовых тепловых установок на машинах и других объектах энергообеспечения предприятий.

    Дисциплина «Теплотехника» изучается с преподавателем на установочном и итоговом сборах и самостоятельно в течении семестра. По дисциплине «Теплотехника» обучаемые выполняют контрольное задание и курсовую работу. Итоговой отчетностью является экзамен.

    Ввиду многообразия теоретического и экспериментального материала, которым располагает в настоящее время теплотехника и ограниченностью времени, отводимого на обучение, невозможно освоить с одинаковой степенью все её разделы. Поэтому, руководствуясь требованиями общегосударственного стандарта и учебной программы по подготовке специалистов данного профиля, в изучаемом курсе поставлена задача наиболее полно и детально раскрыть лишь наиболее важные разделы.

    Одним из важных разделов дисциплины является раздел «Основы теории теплообмена».

    Общие сведения из теории теплообмена

    В природе и технике часто протекают процессы передачи тепла от одних участков системы к другим.

    Совокупность процессов переноса тепла от тел с большей температурой к телам с меньшей температурой называется теплопередачей или теплообменом.

    Изучение теплообмена в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) автомобильной техники представляет интерес с нескольких точек зрения. Во-первых, теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра ДВС снижает эффективность теплоиспользования в двигателе, а, во-вторых, изучение теплообмена даёт возможность оценить тепловое состояние деталей двигателя и правильно обеспечить его охлаждение.

    Существуют три способа передачи тепла (вида теплообмена): теплопроводность, конвекция и излучение (радиация). Эти формы переноса теплоты глубоко различны по своей природе и характеризуются различными законами.

    Теплопроводность – это перенос теплоты в среде (твёрдой или жидкой) посредством хаотического (теплового) движения микрочастиц (молекул, атомов).

    Конвекция – это перенос тепла достаточно большими (макроскопическими) частицами жидкости или газа при взаимном перемещении этих частиц. В этом случае более нагретые частицы сталкиваются с менее нагретыми и отдают им часть своей энергии теплопроводностью. Большое практическое значение имеет конвективный теплообмен между движущейся жидкостью и твёрдой средой (например, между охлаждающей жидкостью и стенкой блока цилиндров). Такой конвективный теплообмен называется теплоотдачей.

    Тепловое излучение — это процесс передачи тепла от одного тела к другому в виде лучистой энергии (электромагнитных волн), которая, попадая на другие тела, частично или полностью поглощается этими телами

    Указанные виды теплообмена на практике встречаются редко. Как правило, в реальных условиях один способ теплопередачи, сопровождается другим, т.е. имеет место сложный теплообмен.

    Для практических расчетов представляет интерес случай, когда при переносе тепла от горячего теплоносителя к холодному через твердую стенку в процесс сложного теплообмена включается еще и перенос посредством теплопроводности через разделяющую их стенку.

    Количественной характеристикой такого сложного процесса служит коэффициент теплопередачи k, характеризующий ее интенсивность Эта величина равна плотности теплового потока на стенке, отнесенной к температурному напору между теплоносителями.

    Для плоской однослойной стенки коэффициент теплопередачи определяется по формуле

    где α1, α2 – коэффициенты теплоотдачи горячего и холодного теплоносителей;

    λ – коэффициент теплопроводности стенки;

    δ – толщина стенки.

    Величина, обратная коэффициенту теплопередачи представляет собой полное термическое сопротивление теплопередачи

    Из этого выражения следует, что полное термическое сопротивление теплопередачи равно сумме частных термических сопротивлений процессов, из которых складывается теплопередача.

    На этом основании можно записать формулу для коэффициента теплопередачи через плоскую многослойную стенку

    где Σδii— сумма термических сопротивлений слоев плоской стенки.

    Таким образом, видно, что передача тепла через многослойную стенку за счет увеличения термического сопротивления, приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи и, к уменьшению количества передаваемого тепла.

    Наиболее распространенным элементом теплообменных аппаратов являются трубки.

    Для однослойной цилиндрической стенки (трубы) линейный коэффициент теплопередачи определяется по формуле

    где d1, d2 – внешний и внутренний диаметр трубы.

    Для цилиндрической многослойной стенки линейный коэффициент теплопередачи уменьшается из-за увеличения термических сопротивлений слоев трубы и определяется по формуле:

    В отопительной технике широкое применение нашли ребристые поверхности в виде ребристых труб, радиаторов и конвекторов. Оребрение поверхности используются и в компрессорах , двигателях внутреннего сгорания и других устройствах. Во всех перечисленных примерах ребристые поверхности расположены на стороне теплообменной поверхности с газовым теплоносителем, где коэффициент теплоотдачи меньше

    Выражение для количества передаваемого тепла может через оребренную стенку может быть записано следующим образом:

    где kp– коэффициент теплопередачи оребренной стенки, равный

    При расчете плотности теплового потока на единицу неоребренной поверхности стенки получим

    где k1 – коэффициент теплопередачи, отнесенный к неоребренной поверхности стенки, Вт/(м·К).

    Из этой формулы видно , что плотность теплового потока возрастает при увеличении отношения kp = F2 / F1— называемого коэффициентом оребрения.

    То есть, чтобы увеличить передачу тепла через стенку , можно увеличить площадь теплоотдающей поверхности за счет ее оребрения.

    Из приведенных выше данных видно, что улучшить теплопередачу, т. е. интенсифицировать теплообмен, можно путем тщательного анализа частных условий теплопередачи. В том случае, например, когда частные сопротивления различны, для улучшения общей теплопередачи достаточно уменьшить наибольшее из них (например, взять более теплопроводный материал для стенки или интенсифицировать теплоотдачу от жидкости к стенке). При равенстве, или одном порядке, всех частных сопротивлений необходимо идти по линии уменьшения любого из них.

    Ещё одной важной темой является «Термодинамические циклы ДВС»

    1.2 Общая характеристика циклов ДВС
    по способу подвода теплоты

    Различные требования, предъявляемые к двигателям внутреннего сгорания, привели к созданию самых разнообразных типов этих двигателей. Однако с точки зрения осуществляемого в рабочем цилиндре термодинамического цикла они могут быть подразделены на три основных типа:

    1) двигатели, работающие по циклу с подводом тепла при постоянном объеме (двигатели с принудительным воспламенением (цикл Отто);

    2) двигатели, работающие по циклу с подводом тепла при постоянном давлении (компрессорные дизели) цикл Дизеля;

    3) двигатели, работающие по смешанному циклу с подводом теплоты при постоянном объеме, а потом при постоянном давлении (бескомпрессорные дизели) цикл Саббате-Тринклера.

    Для уяснения основных особенностей поршневых двигателей, рассмотрим работу четырехтактного двигателя с принудительным воспламенением (работающего по циклу Н. Отто).

    При ходе поршня вниз (первый такт) в цилиндр двигателя через впускной клапан поступает горючая смесь, представляющая собой смесь воздуха с парами топлива. При ходе поршня к крайнему верхнему положению в свече происходит искровой разряд, смесь поджигается и практически мгновенно сгорает с резким повышением давления и температуры. Под действием давления продуктов сгорания поршень совершает третий ход (сверху вниз), который является рабочим ходом.

    Когда поршень подходит к крайнему нижнему положению, открывается выпускной клапан и последний, четвертый ход поршня, сопровождается выталкиванием отработавших газов из цилиндра двигателя в атмосферу при движении поршня вверх.

    Из описания действительного цикла двигателя внутреннего сгорания с быстрым сгоранием топлива при постоянном объеме видно, что он не является замкнутым, протекает со сменой рабочего тела.

    К тому же в нем имеются все признаки необратимых процессов: трение, химические реакции в рабочем теле, конечные скорости поршня, теплообмен при конечной разности температур и т.п.

    Анализ такого цикла с точки зрения теории тепловых процессов невозможен, а поэтому в термодинамике исследуют не реальные процессы ДВС, а обратимые идеальные циклы.

    Термодинамический метод исследования состоит в том, что процессы, осуществляемые в двигателях, с той или иной степенью приближения заменяются обратимыми термодинамическими процессами и переходят к исследованию идеальных циклов, образуемых этими процессами. При этом вводят следующие допущения:

    1) рабочим тело служит идеальный газ, неизменный по массе, химическому составу и с постоянной теплоемкостью;

    2) процессы горения топлива рассматриваются как процессы подвода к газу тождественного количества теплоты от внешнего источника, выпуск газов – отвод тепла;

    3) процессы сжатия и расширения протекают без теплообмена с окружающей средой (адиабатные процессы).

    Изучение идеальных термодинамических циклов позволяет производить при принятых допущениях анализ и сравнение работы различных двигателей и выявлять факторы, влияющие на мощностные и экономические показатели двигателей.

    При исследовании идеальных термодинамических циклов поршневых ДВС обычно определяются следующие величины:

    1) основные параметры состояния рабочего тела в характерных точках цикла;

    2) количество подведенной и отведенной теплоты;

    голоса
    Рейтинг статьи
    Читать еще:  Электрическая схема бесколлекторного двигателя
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector