Теплообменник на опель мокка: кроссовер, которого нам не хватает? — Российская газета

Компания Гуанчжоу Jiema Heat Exchange Equipment Co., Ltd. является прямым производителем пластинчатых теплообменников, воздушных радиаторов, кожухотрубных теплообменников, резервуаров высокого давления и запасных частей к теплообменникам (пластина, оребрение, прокладка), предназначенных для обслуживания систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, химической промышленности, продуктов питания, производство бумаги и так далее с 2005 года. В 2011 году инвестировал 2 миллиарда долларов в промышленную зону Сяочи города Хуанган провинции Хубэй, чтобы построить промышленный парк Джиема, включая комплексный теплообменник и связанные с ним запчасти.

Jiema — это …

Автомобильные теплообменники — тепловые системы

Основные понятия теплообменников

Теплообменник — это устройство, предназначенное для передачи тепла от одной среды к другой при различных температурах.Чаще всего эти среды состоят из двух текучих сред, которые текут близко друг к другу и разделены материалом, часто металлами, с хорошими свойствами теплопередачи. Жидкости в первую очередь характеризуются своей температурой на входе в теплообменник. Горячая (теплая, на рисунке ниже) жидкость, жидкость с самой высокой температурой вначале, передает тепло холодной жидкости, когда они оба проходят через теплообменник, тем самым понижая температуру горячей жидкости и повышая температуру холодной жидкости. .

Теплообменники обычно классифицируются по потоку двух жидкостей относительно друг друга. Три категории состоят из параллельного потока , противотока , с поперечным потоком . В теплообменнике с параллельным потоком жидкости проходят параллельно друг другу, и изменение температуры обеих жидкостей характеризуется приведенной ниже кривой.

Противоточный теплообменник — это теплообменник, в котором две жидкости проходят через теплообменник в противоположных направлениях.Пример этой конструкции и изменение температурной кривой можно увидеть ниже.

A теплообменники с перекрестным потоком жидкости проходят перпендикулярно друг другу. Наиболее распространенная конфигурация для конструкции с поперечным потоком состоит из ребер, которые равномерно распределяют свободно текущую жидкость по трубчатым проходам, которые содержат вторую жидкость. Часто в этой конструкции используется окружающий воздух в качестве свободно текущей текучей среды для отвода тепла от текучей среды, содержащейся в закрытых трубках.Эта конфигурация показана на следующем рисунке.

Физика основных теплообменников

Для физического и математического объяснения назначения теплообменников используются два метода. Эти два метода известны как метод для логарифмической разницы температур (LTMD) и метод эффективности — NTU . Однако для использования этих методов необходимо сделать несколько предположений.

• Равномерный поток
• Устойчивый поток
• Все тепло, передаваемое от горячего потока, передается холодному потоку
• Без изменения фазы
• Постоянная теплоемкость
• Пренебрежимо малая кинетическая и потенциальная энергия
• U (коэффициент избыточной теплопередачи) постоянный

Средняя логарифмическая разница температур связывает температуру на входе и выходе, общий коэффициент теплопередачи U и площадь, разделяющую две среды.Однако, если известны только температуры на входе, метод LMTD довольно сложен в использовании. Это когда предпочтительнее метод эффективности-NTU. Краткое описание обоих методов приведено по следующей ссылке.
Вывод LMTD и эффективности — NTU

Принципы теплообменников в автомобилях

Большинство автомобильных теплообменников аналогичны кожухотрубным теплообменникам с поперечным потоком и имеют несколько проходов труб. Но вместо того, чтобы иметь определенную оболочку вокруг трубок с другой контролируемой жидкостью, проталкиваемой через трубки с помощью насоса, для оболочки нет ограниченного контрольного объема.Трубки открыты для воздуха и зависят от внешних условий.

Q = h A ΔT
Q = U A LMTD

Температура «на входе» холодного потока резко меняется, а массовый расход ограничивается скоростью автомобиля. В двух предыдущих уравнениях, используемых для расчета теплопередачи, это означает, что значения «h» и «ΔT» зависят от внешних условий. Однако для обеспечения более постоянной скорости теплопередачи во многих автомобильных теплообменниках используются вентиляторы для обеспечения постоянной подачи холодной жидкости (двигатели с продольной установкой) или срабатывания, когда температура рабочей жидкости достигает максимального рабочего диапазона (двигатели с поперечной установкой).Трубки на этих теплообменниках также поддерживаются ребрами, дополнительно увеличивая площадь поверхности «A» в уравнениях.

Хотя цель обогрева автомобильных теплообменников — отвод тепла от механических систем, цель заключается не только в максимальной передаче тепла от системы. Есть и другие второстепенные цели. Если бы целью была только максимальная теплопередача, тогда усилия были бы сосредоточены только на проектировании системы охлаждения / теплообменников вокруг рабочей жидкости с наивысшей теплопроводностью, которой была бы вода (смесь воды и этиленгликоля), которая имеет значение k около .6 Вт / м · К вместо моторного масла или трансмиссионного масла, у которого значение k составляет около 0,2 Вт / м · К. Причина, по которой в тяжелых автомобилях и гоночных автомобилях используются охладители масла или трансмиссии, заключается не только в локальном отводе тепла и более равномерной температуре в нескольких системах, но и в предотвращении теплового разрушения самой рабочей жидкости. Если температура масла слишком высока, это приводит к химическому разрушению и разложению масла и присадок в масле. Это изменяет его вязкость и другие физические свойства.

После многих лет опыта и многолетних испытаний автомобили превратились в очень сложные и функциональные машины. Материалы каждой детали и рабочие жидкости выбираются по очень конкретным причинам. Большинство теплообменников в современных автомобилях изготавливаются из алюминия из-за его небольшого веса, относительно высокой доступности и очень высокой теплопроводности. Радиаторы наполнены водой из-за ее высокой теплоемкости и теплопроводности. Хотя этиленгликоль добавляется для помощи системе охлаждения, на самом деле он снижает значение k водной смеси.Его цель — повысить температуру кипения и снизить температуру замерзания воды.

Типы теплообменников транспортных средств

Некоторые типы автомобильных теплообменников включают, помимо прочего, радиаторы, маслоохладители и промежуточные охладители. Теплообменники можно использовать практически для любой жидкости в автомобиле. Кондиционеры и обогреватели также являются примерами, однако они не ограничиваются транспортными средствами.

Радиатор — это охлаждающее устройство, используемое в двигателе, в котором горячая жидкость протекает через открытые трубы и передает тепло воздуху с помощью вентиляторов.Ребра используются для отвода тепла от трубок и передачи его в воздух. Используемая жидкость обычно представляет собой смесь этиленгликоля, воды и небольшого количества средства для уменьшения коррозии.

Маслоохладители используются в основном в трансмиссиях для поддержания температуры масла в безопасных пределах.

Наконец, промежуточные охладители представляют собой теплообменники типа воздух-воздух или воздух-жидкость. Они используются в двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом для охлаждения горячего сжатого воздуха, выходящего из турбокомпрессора.

Источники:

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, в которых используются 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 в первую очередь 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 устройства 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 многоходовые теплообменники. (См., Например, рисунок 4.)

Рисунок 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, когда горячая жидкость проходит через нее (это известно как «горячий удар»).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 регенератора — статический и динамический. 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 трубок, 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 то место, где жидкость входит 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, что трубы прямые, но в некоторых криогенных применениях используются спиральные катушки или Hampson.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 единиц 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 протекает 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). Как правило, они 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 она 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 приварки 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 похожи на кожухотрубные. Прямоугольные трубы с закругленными углами уложены друг на друга, образуя пучок, который помещается внутри оболочки. Одна жидкость проходит через трубки, тогда как жидкость течет параллельно через промежутки между трубками.Они, как правило, используются в целлюлозно-бумажной промышленности, где требуются проточные каналы большего размера.

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 этой 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. Существует множество 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.

Нагнетание 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 попытки собрать конденсат не предпринимаются.

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 устройствах этого типа вода распыляется по трубкам, а вентилятор всасывает воздух и воду через пучок труб. Вся система закрыта, и теплый влажный воздух обычно выводится 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 агрегата состоит 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 через воздуховоды с обеих сторон газовых уплотнений и через вращающуюся насадку. (См. Рекуперативные теплообменники.)

Термический анализ любого теплообменника включает решение основного уравнения теплопередачи.