Трубы для отопления какие лучше


какие лучше для квартиры в многоэтажном доме, что именно использовать, лучшие отопительные изделия

Существует широкий выбор материалов для разводки отопления в квартире. Все они делятся на две большие группы: металлов и пластика.

От правильного выбора отопительных труб будет зависеть насколько эффективно прогревается помещение, частота замены изделий и частота ремонта разводки отопления.

Facebook

Twitter

Google+

Vkontakte

Odnoklassniki

Особенности выбора труб для отопления в квартире многоэтажного дома

Материал для монтажа системы отопления выбирают, исходя из следующих соображений:

  • надежность и безопасность;
  • удобство установки;
  • месторасположение в квартире;
  • стоимость материалов и монтажных работ.

Надежность и безопасность

Это гл

Какой теплообменник лучший? Объяснение трех основных типов ...

  • Продукты
    • Здоровье животных
      • Процессоры
        • Емкость для смешивания
        • Реактор
      • Силосы
        • Силос на заказ
        • Стандартный силос
      • Танки
        • Бак для смеси кормов для животных
        • Резервуар для хранения корма для животных
        • Заказной танк
        • Бункер
        • Переносное судно
        • Специальный технологический резервуар
        • Емкость для хранения
        • Приемник
      • Прочие товары
        • Лестницы, мостки и платформы
        • Конденсационные установки чистого пара
        • Кристаллизатор
        • Мультиэффект неподвижный
        • Генератор чистого пара
        • Установка для нагнетания воды
    • Пивоварение
      • Яркие пивные бочки
        • Индивидуальный резервуар для светлого пива
        • Стандартный резервуар для светлого пива
      • Ферментеры
        • Пользовательский ферментер
        • Открытый ферментер
        • Стандартный ферментер
      • Система дозирования хмеля
.

Общие сведения о теплообменниках - типы, конструкции, применение и руководство по выбору

Крупным планом часть теплообменника вода-воздух.

Изображение предоставлено: Alaettin YILDIRIM / Shutterstock.com

Теплообменники - это устройства, предназначенные для передачи тепла между двумя или более жидкостями, т. Е. Жидкостями, парами или газами, с разными температурами. В зависимости от типа используемого теплообменника, процесс теплопередачи может быть газ-газ, жидкость-газ или жидкость-жидкость и происходить через твердый сепаратор, который предотвращает смешивание текучих сред, или прямой поток жидкости. контакт.Другие конструктивные характеристики, включая строительные материалы и компоненты, механизмы теплопередачи и конфигурации потока, также помогают классифицировать и классифицировать типы доступных теплообменников. Эти теплообменные устройства находят применение в самых разных отраслях промышленности и разработаны и изготовлены для использования как в процессах нагрева, так и охлаждения.

Эта статья посвящена теплообменникам, исследует их различные конструкции и типы и объясняет их соответствующие функции и механизмы.Кроме того, в этой статье приводятся рекомендации по выбору и общие области применения для каждого типа теплообменного устройства.

Термодинамика теплообменника

Конструкция теплообменника - это упражнение в термодинамике, науке, изучающей поток тепловой энергии, температуру и взаимосвязь с другими формами энергии. Чтобы понять термодинамику теплообменника, хорошей отправной точкой является изучение трех способов передачи тепла - теплопроводности, конвекции и излучения.В следующих разделах представлен обзор каждого из этих режимов теплопередачи.

Проводимость

Проводимость - это передача тепловой энергии между материалами, находящимися в контакте друг с другом. Температура - это мера средней кинетической энергии молекул в материале - более теплые объекты (которые имеют более высокую температуру) демонстрируют большее движение молекул. Когда более теплый объект соприкасается с более холодным объектом (тем, который имеет более низкую температуру), происходит передача тепловой энергии между двумя материалами, при этом более холодный объект получает больше энергии, а более теплый объект становится менее энергичным.Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие.

Скорость, с которой тепловая энергия передается в материале за счет теплопроводности, определяется следующим выражением:

В этом выражении Q представляет количество тепла, передаваемого через материал во времени t , ΔT представляет собой разность температур между одной стороной материала и другой (температурный градиент), A представляет собой площадь поперечного сечения материала, а d - толщина материала.Константа k известна как теплопроводность материала и является функцией внутренних свойств материала и его структуры. Воздух и другие газы обычно имеют низкую теплопроводность, в то время как неметаллические твердые вещества имеют более высокие значения, а металлические твердые частицы обычно имеют самые высокие значения.

Конвекция

Конвекция - это передача тепловой энергии от поверхности за счет движения нагретой жидкости, такой как воздух или вода.Большинство жидкостей расширяются при нагревании и поэтому становятся менее плотными и поднимаются по сравнению с другими более холодными частями жидкости. Итак, когда воздух в комнате нагревается, он поднимается к потолку, потому что он теплее и менее плотный, и передает тепловую энергию, сталкиваясь с более холодным воздухом в комнате, затем становится более плотным и снова падает на пол. Этот процесс создает поток естественной или свободной конвекции. Конвекция также может происходить посредством так называемой принудительной или вспомогательной конвекции, например, когда нагретая вода перекачивается по трубе, например, в системе водяного отопления.

Для свободной конвекции скорость передачи тепла выражается законом охлаждения Ньютона:

Где Q-точка - скорость передачи тепла, h c - коэффициент конвективной теплопередачи, A - площадь поверхности, на которой происходит процесс конвекции, а ΔT - разность температур между поверхность и жидкость. Коэффициент конвективной теплопередачи h c является функцией свойств жидкости, подобной теплопроводности материала, упомянутого ранее в отношении теплопроводности.

Радиация

Тепловое излучение - это механизм передачи тепловой энергии, который включает излучение электромагнитных волн от нагретой поверхности или объекта. В отличие от проводимости и конвекции, тепловому излучению не требуется промежуточная среда для переноса энергии волны. Все объекты, температура которых выше абсолютного нуля (-273,15 o C), излучают тепловое излучение в обычно широком спектральном диапазоне.

Чистую скорость радиационных тепловых потерь можно выразить с помощью закона Стефана-Больцмана следующим образом:

, где Q - теплоотдача в единицу времени, T ч - температура горячего объекта (в абсолютных единицах, o K), T c - температура более холодного окружения. (также в абсолютных единицах, o K), σ - постоянная Стефана-Больцмана (значение которой равно 5.6703 x 10 -8 Вт / м 2 K 4 ). Термин, представленный как ε , представляет собой коэффициент излучения материала и может иметь значение от 0 до 1, в зависимости от характеристик материала и его способности отражать, поглощать или передавать излучение. Это также функция температуры материала.

Основные принципы теплообменников

Независимо от типа и конструкции, все теплообменники работают в соответствии с одними и теми же фундаментальными принципами, а именно нулевым, первым и вторым законами термодинамики, которые описывают и диктуют перенос или «обмен» тепла от одной жидкости к другой.

  • Нулевой закон термодинамики гласит, что термодинамические системы, находящиеся в тепловом равновесии, имеют одинаковую температуру. Кроме того, если каждая из двух систем находится в тепловом равновесии с третьей системой, то две первые системы должны быть в равновесии друг с другом; таким образом, все три системы имеют одинаковую температуру. Этот закон, предшествующий трем другим законам термодинамики по порядку, но не в развитии, не только выражает тепловое равновесие как переходное свойство, но также определяет понятие температуры и устанавливает ее как измеримое свойство термодинамических систем.
  • Первый закон термодинамики основан на нулевом законе, устанавливая внутреннюю энергию ( U ) как еще одно свойство термодинамических систем и указывая на влияние тепла и работы на внутреннюю энергию системы и энергию окружающей среды. Кроме того, первый закон, также называемый законом обмена энергией, по существу гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только передана другой термодинамической системе или преобразована в другую форму (например,г., обогревать или работать).

    Например, если в систему поступает тепло из окружающей среды, происходит соответствующее увеличение внутренней энергии системы и уменьшение энергии окружающей среды. Этот принцип можно проиллюстрировать следующим уравнением, где ΔU система представляет внутреннюю энергию системы, а ΔU среда представляет внутреннюю энергию окружающей среды:

  • Второй закон термодинамики устанавливает энтропию ( S ) как дополнительное свойство термодинамических систем и описывает естественную и неизменную тенденцию Вселенной и любой другой замкнутой термодинамической системы к увеличению энтропии с течением времени.Этот принцип может быть проиллюстрирован следующим уравнением, где ΔS представляет изменение энтропии, ΔQ представляет изменение тепла, добавляемого к системе, а T представляет собой абсолютную температуру:

    Он также используется для объяснения тенденции двух изолированных систем - когда им позволено взаимодействовать и свободны от всех других влияний - двигаться к термодинамическому равновесию. Согласно второму закону энтропия может только увеличиваться, но не уменьшаться; следовательно, каждая система по мере увеличения энтропии неизменно движется к наивысшему значению, достижимому для указанной системы.При этом значении система достигает состояния равновесия, при котором энтропия больше не может ни увеличиваться (поскольку она находится на максимуме), ни уменьшаться, поскольку это действие нарушило бы Второй закон. Следовательно, единственные возможные изменения системы - это те, в которых энтропия не претерпевает изменений (т. Е. Отношение тепла, добавляемого или отводимого к системе, к абсолютной температуре остается постоянным).

В целом эти принципы определяют основные механизмы и операции теплообменников; Нулевой закон устанавливает температуру как измеримое свойство термодинамических систем, Первый закон описывает обратную зависимость между внутренней энергией системы (и ее преобразованными формами) и энергией окружающей ее среды, а Второй закон выражает тенденцию двух взаимодействующих систем к двигаться к тепловому равновесию.Таким образом, теплообменники функционируют, позволяя жидкости более высокой температуры ( F 1 ) взаимодействовать - прямо или косвенно - с жидкостью более низкой температуры ( F 2 ), что позволяет тепло для передачи от F 1 к F 2 для перехода к равновесию. Эта передача тепла приводит к снижению температуры для F 1 и увеличению температуры для F 2 .В зависимости от того, нацелено ли приложение на нагрев или охлаждение жидкости, этот процесс (и устройства, которые его используют) можно использовать для направления тепла к системе или от нее, соответственно.

Расчетные характеристики теплообменника

Как указано выше, все теплообменники работают по одним и тем же основным принципам. Однако эти устройства можно классифицировать и классифицировать несколькими способами в зависимости от их конструктивных характеристик. К основным характеристикам, по которым можно отнести теплообменники, относятся:

  • Конфигурация потока
  • Способ строительства
  • Механизм теплопередачи

Конфигурация потока

Конфигурация потока, также называемая устройством потока, теплообменника относится к направлению движения текучих сред внутри теплообменника относительно друг друга.В теплообменниках используются четыре основные конфигурации потока:

  • Попутный поток
  • Противоток
  • Поперечный поток
  • Гибридный поток
Попутный поток

Теплообменники с прямоточным потоком , также называемые теплообменниками с параллельным потоком, представляют собой теплообменные устройства, в которых жидкости движутся параллельно и в одном направлении друг с другом. Хотя такая конфигурация обычно приводит к более низкой эффективности, чем устройство противотока, она также обеспечивает максимальную тепловую однородность по стенкам теплообменника.

Противоток

Противоточные теплообменники , также известные как противоточные теплообменники, спроектированы так, что жидкости движутся антипараллельно (т. Е. Параллельно, но в противоположных направлениях) друг другу внутри теплообменника. Наиболее часто используемая из конфигураций потока, устройство противотока обычно демонстрирует наивысшую эффективность, поскольку оно обеспечивает наибольшую теплопередачу между жидкостями и, следовательно, наибольшее изменение температуры.

Поперечный поток

В теплообменниках с перекрестным потоком жидкости текут перпендикулярно друг другу. Эффективность теплообменников, в которых используется такая конфигурация потока, находится между противоточными и прямоточными теплообменниками.

Гибридный поток

Теплообменники с гибридным потоком демонстрируют некоторую комбинацию характеристик ранее упомянутых конфигураций потока. Например, конструкции теплообменников могут использовать несколько потоков и устройств (например.g., как противоточные, так и перекрестные потоки) в одном теплообменнике. Эти типы теплообменников обычно используются с учетом ограничений приложения, таких как пространство, бюджетные затраты или требования к температуре и давлению.

На рисунке 1 ниже показаны различные доступные конфигурации потока, включая конфигурацию с перекрестным / противотоком, которая является примером конфигурации гибридного потока.

Рисунок 1 - Конфигурации потока теплообменника

Метод строительства

Если в предыдущем разделе теплообменники были классифицированы на основе типа используемой конфигурации потока, в этом разделе они классифицируются на основе их конструкции.Конструктивные характеристики, по которым можно классифицировать эти устройства, включают:

  • Рекуперативное против регенеративного
  • Прямое против косвенного
  • Статическая и динамическая
  • Типы используемых компонентов и материалов
Рекуперативная и регенеративная

Теплообменники можно разделить на рекуперативные теплообменники и рекуперативные теплообменники.

Разница между рекуперативными и регенеративными системами теплообменников заключается в том, что в рекуперативных теплообменниках (обычно называемых рекуператорами) каждая жидкость одновременно протекает через свой собственный канал внутри теплообменника.С другой стороны, регенеративных теплообменников , также называемых емкостными теплообменниками или регенераторами, поочередно позволяют более теплым и более холодным жидкостям проходить через один и тот же канал. И рекуператоры, и регенераторы могут быть дополнительно разделены на различные категории теплообменников, такие как прямые или косвенные, статические или динамические, соответственно. Из двух указанных типов рекуперативные теплообменники чаще используются в промышленности.

Прямая и косвенная
В рекуперативных теплообменниках

для обмена теплом между жидкостями используются процессы прямого или косвенного контакта.

В теплообменниках прямого контакта жидкости не разделяются внутри устройства, а тепло передается от одной жидкости к другой посредством прямого контакта. С другой стороны, в непрямых теплообменниках жидкости остаются отделенными друг от друга теплопроводными компонентами, такими как трубы или пластины, на протяжении всего процесса теплопередачи. Компоненты сначала получают тепло от более теплой жидкости, когда она течет через теплообменник, а затем передают тепло более холодной жидкости, когда она течет через теплообменник.Некоторые из устройств, в которых используются процессы прямого контактного переноса, включают градирни и паровые инжекторы, в то время как устройства, в которых используются процессы косвенного контактного переноса, включают трубчатые или пластинчатые теплообменники.

Статическая и динамическая

Существует два основных типа регенеративных теплообменников - статические теплообменники и динамические теплообменники. В статических регенераторах (также известных как регенераторы с неподвижным слоем) материал и компоненты теплообменника остаются неподвижными при прохождении жидкости через устройство, в то время как в динамических регенераторах материал и компоненты перемещаются в процессе теплопередачи.Оба типа подвержены риску перекрестного загрязнения между потоками текучей среды, что требует тщательного проектирования во время производства.

В одном из примеров статического типа более теплая жидкость проходит через один канал, в то время как более холодная жидкость проходит через другой в течение фиксированного периода времени, в конце которого, благодаря использованию быстродействующих клапанов, поток меняется на противоположный, так что два жидкости переключают каналы. Пример динамического типа обычно использует вращающийся теплопроводный компонент (например,g., барабан), через который непрерывно протекают более теплые и более холодные жидкости, хотя и отдельными, изолированными секциями. По мере вращения компонента любая заданная секция поочередно проходит через потоки более теплого пара и более холодного пара, позволяя компоненту поглощать тепло от более теплой жидкости и передавать тепло более холодной жидкости по мере прохождения. На рисунке 2 ниже изображен процесс теплопередачи в регенераторе роторного типа с противоточной конфигурацией.

Рисунок 2 - Теплообмен в регенераторе роторного типа

Компоненты и материалы теплообменника

Существует несколько типов компонентов, которые можно использовать в теплообменниках, а также широкий спектр материалов, используемых для их изготовления.Используемые компоненты и материалы зависят от типа теплообменника и его предполагаемого применения.

Некоторые из наиболее распространенных компонентов, используемых для создания теплообменников, включают кожухи, трубки, спиральные трубки (змеевики), пластины, ребра и адиабатические колеса. Более подробная информация о том, как эти компоненты работают в теплообменнике, будет предоставлена ​​в следующем разделе (см. Типы теплообменников).

В то время как металлы очень подходят - и широко используются - для изготовления теплообменников из-за их высокой теплопроводности, как в случае теплообменников из меди, титана и нержавеющей стали, другие материалы, такие как графит, керамика, композиты или пластмассы , может дать большие преимущества в зависимости от требований приложения теплопередачи.

Рисунок 3 - Классификация теплообменников по конструкции
Примечания: * Теплообменные устройства, перечисленные под классификацией конструкции, являются лишь небольшой частью из имеющихся.
** Представленная классификация соответствует данным, опубликованным на Thermopedia.com.

Механизм теплопередачи

В теплообменниках используются два типа механизмов теплопередачи - однофазный или двухфазный.

В однофазных теплообменниках жидкости не претерпевают никаких фазовых превращений в процессе теплопередачи, что означает, что как более теплые, так и более холодные жидкости остаются в том же состоянии вещества, в котором они попали в теплообменник.Например, в приложениях теплопередачи вода-вода более теплая вода теряет тепло, которое затем передается более холодной воде и не превращается в газ или твердое тело.

С другой стороны, в двухфазных теплообменниках жидкости действительно испытывают фазовый переход в процессе теплопередачи. Фазовое изменение может происходить в одной или обеих участвующих текучих средах, приводя к переходу из жидкости в газ или из газа в жидкость. Обычно устройства, в которых используется двухфазный механизм теплопередачи, требуют более сложных конструктивных решений, чем устройства, в которых используется однофазный механизм теплопередачи.Некоторые из доступных типов двухфазных теплообменников включают котлы, конденсаторы и испарители.

Виды теплообменников

Исходя из указанных выше конструктивных характеристик, доступно несколько различных вариантов теплообменников. Некоторые из наиболее распространенных вариантов, используемых в промышленности, включают:

  • Кожухотрубные теплообменники
  • Двухтрубные теплообменники
  • Пластинчатые теплообменники
  • Конденсаторы, испарители и котлы

Кожухотрубные теплообменники

Наиболее распространенный тип теплообменников, кожухотрубных теплообменников состоит из одной трубы или ряда параллельных трубок (т.например, пучок труб), заключенный в герметичный цилиндрический сосуд высокого давления (т.е. оболочку). Конструкция этих устройств такова, что одна жидкость протекает через меньшую трубку (и), а другая жидкость течет вокруг ее / их внешней (их) стороны и между ними / ими внутри герметичной оболочки. Другие конструктивные характеристики, доступные для этого типа теплообменника, включают ребристые трубы, одно- или двухфазную теплопередачу, противоток, прямоточный или перекрестный поток, а также одно-, двух- или многопроходные конфигурации.

Некоторые из доступных типов кожухотрубных теплообменников включают спиральные змеевики и двухтрубные теплообменники, а некоторые из применений включают предварительный нагрев, охлаждение масла и производство пара.

Крупным планом пучок труб теплообменника.

Изображение предоставлено: Антон Москвитин / Shutterstock.com

Двухтрубный теплообменник

Кожухотрубный теплообменник, двухтрубные теплообменники используют простейшую конструкцию и конфигурацию теплообменника, которая состоит из двух или более концентрических цилиндрических труб или трубок (одна большая труба и одна или несколько меньших труб).Согласно конструкции всех кожухотрубных теплообменников, одна жидкость протекает через меньшую трубу (и), а другая жидкость течет вокруг меньшей (ых) трубы (ов) внутри большей трубы.

Требования к конструкции двухтрубных теплообменников включают характеристики рекуперативного и косвенного типов контактов, упомянутых ранее, поскольку жидкости остаются разделенными и текут по своим собственным каналам на протяжении всего процесса теплопередачи. Тем не менее, существует некоторая гибкость в конструкции двухтрубных теплообменников, поскольку они могут быть спроектированы с прямоточными или противоточными устройствами и могут использоваться в виде модулей в последовательной, параллельной или последовательно-параллельной конфигурациях внутри системы.Например, на рис. 4 ниже показан перенос тепла в изолированном двухтрубном теплообменнике с прямоточной конфигурацией.

Рисунок 4 - Теплообмен в двухтрубном теплообменнике

Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые теплообменники, также называемые пластинчатыми теплообменниками, состоят из нескольких тонких гофрированных пластин, связанных вместе. Каждая пара пластин создает канал, по которому может течь одна жидкость, и пары уложены друг на друга и прикреплены - с помощью болтов, пайки или сварки - так, что между парами создается второй канал, через который может течь другая жидкость.

Стандартная пластинчатая конструкция также доступна с некоторыми вариациями, например пластинчато-ребристыми или пластинчатыми теплообменниками. Пластинчато-ребристые теплообменники используют ребра или прокладки между пластинами и позволяют использовать несколько конфигураций потока и более двух потоков жидкости, проходящих через устройство. Пластинчатые теплообменники с подушками оказывают давление на пластины, чтобы повысить эффективность теплопередачи по поверхности пластины. Некоторые из других доступных типов включают пластинчатые и рамные, пластинчатые и кожухо-спиральные теплообменники.

Пластинчатый теплообменник крупным планом.

Кредит изображения: withGod / Shutterstock.com

Конденсаторы, испарители и котлы

Котлы, конденсаторы и испарители - это теплообменники, в которых используется двухфазный механизм теплопередачи. Как упоминалось ранее, в двухфазных теплообменниках одна или несколько текучих сред претерпевают фазовое изменение во время процесса теплопередачи, переходя либо из жидкости в газ, либо из газа в жидкость.

Конденсаторы - это теплообменные устройства, которые забирают нагретый газ или пар и охлаждают их до точки конденсации, превращая газ или пар в жидкость.С другой стороны, в испарителях и котлах процесс теплопередачи переводит жидкости из жидкой формы в газообразную или парообразную.

Другие варианты теплообменников

Теплообменники используются во множестве приложений в самых разных отраслях промышленности. Следовательно, существует несколько вариантов теплообменников, каждый из которых соответствует требованиям и спецификациям конкретного применения. Помимо упомянутых выше вариантов, доступны другие типы, включая теплообменники с воздушным охлаждением, теплообменники с вентиляторным охлаждением и теплообменники с адиабатическим колесом.

Рекомендации по выбору теплообменника

Несмотря на то, что существует широкий спектр теплообменников, пригодность каждого типа (и его конструкции) для передачи тепла между жидкостями зависит от технических характеристик и требований применения. Эти факторы в значительной степени определяют оптимальную конструкцию желаемого теплообменника и влияют на соответствующие расчеты номинальных характеристик и размеров.

Некоторые из факторов, которые профессионалы отрасли должны учитывать при проектировании и выборе теплообменника, включают:

  • Тип жидкостей, поток жидкости и их свойства
  • Требуемая тепловая мощность
  • Ограничения по размеру
  • Стоимость

Тип жидкости, поток и свойства

Определенный тип жидкостей - e.г., воздух, вода, масло и т. д. - задействованные, а также их физические, химические и термические свойства - например, фаза, температура, кислотность или щелочность, давление и скорость потока и т. д. - помогают определить конфигурацию потока и наиболее подходящую конструкцию. для этого конкретного приложения теплопередачи.

Например, если речь идет о коррозионных жидкостях, жидкостях с высокой температурой или под высоким давлением, конструкция теплообменника должна выдерживать условия высокого напряжения в процессе нагрева или охлаждения. Один из методов выполнения этих требований заключается в выборе конструкционных материалов, обладающих желаемыми свойствами: графитовые теплообменники обладают высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью, керамические теплообменники могут выдерживать температуры, превышающие точки плавления многих обычно используемых металлов, а пластиковые теплообменники обеспечивают высокую теплопроводность и устойчивость к коррозии. недорогая альтернатива, которая сохраняет умеренную степень коррозионной стойкости и теплопроводности.

Керамический теплообменник

Изображение предоставлено: CG Thermal

Другой метод заключается в выборе конструкции, подходящей для свойств жидкости: пластинчатые теплообменники могут работать с жидкостями от низкого до среднего давления, но с более высокими расходами, чем другие типы теплообменников, а двухфазные теплообменники необходимы при работе с жидкостями, которые требуют фазового перехода в процессе теплопередачи. Другие свойства текучей среды и потока текучей среды, которые профессионалы отрасли могут иметь в виду при выборе теплообменника, включают вязкость текучей среды, характеристики загрязнения, содержание твердых частиц и присутствие водорастворимых соединений.

Тепловые выходы

Тепловая мощность теплообменника относится к количеству тепла, передаваемому между жидкостями, и соответствующему изменению температуры в конце процесса теплопередачи. Передача тепла внутри теплообменника приводит к изменению температуры в обеих жидкостях, понижая температуру одной жидкости при отводе тепла и повышая температуру другой жидкости при добавлении тепла. Желаемая тепловая мощность и скорость теплопередачи помогают определить оптимальный тип и конструкцию теплообменника, поскольку некоторые конструкции теплообменников предлагают более высокие скорости теплопередачи через нагреватель и могут выдерживать более высокие температуры, чем другие конструкции, хотя и с более высокой стоимостью.

Ограничения размера

После выбора оптимального типа и конструкции теплообменника распространенной ошибкой является покупка слишком большого для данного физического пространства. Часто более разумным является приобретение теплообменного устройства такого размера, который оставляет место для дальнейшего расширения или добавления, чем выбирать тот, который полностью охватывает пространство. Для применений с ограниченным пространством, например, в самолетах или автомобилях, компактные теплообменники обеспечивают высокую эффективность теплопередачи в меньших и более легких решениях.Эти теплообменные устройства характеризуются высоким отношением площади поверхности теплообмена к объему, поэтому доступны несколько вариантов этих теплообменников, включая компактные пластинчатые теплообменники. Как правило, эти устройства имеют отношение ≥700 м 2 / м 3 для газо-газовых приложений и ≥400 м 2 / м 3 для жидкости-к-газу. газовые приложения.

Стоимость

Стоимость теплообменника включает не только начальную цену оборудования, но также затраты на установку, эксплуатацию и техническое обслуживание в течение всего срока службы устройства.Несмотря на то, что необходимо выбрать теплообменник, который эффективно удовлетворяет требованиям приложений, также важно учитывать общие затраты на выбранный теплообменник, чтобы лучше определить, стоит ли оно вложенных средств. Например, изначально дорогой, но более прочный теплообменник может привести к более низким затратам на техническое обслуживание и, следовательно, к меньшим общим расходам в течение нескольких лет, в то время как более дешевый теплообменник может быть изначально менее дорогим, но потребовать нескольких ремонтов и замен. в те же сроки.

Оптимизация конструкции

Проектирование оптимального теплообменника для данного применения (с конкретными спецификациями и требованиями, указанными выше) включает определение изменения температуры жидкостей, коэффициента теплопередачи и конструкции теплообменника и их соотнесение со скоростью теплопередачи. . Две основные проблемы, возникающие при достижении этой цели, - это расчет номинальных характеристик и размеров устройства.

Рейтинг относится к расчету тепловой эффективности (т.е. эффективность) теплообменника заданной конструкции и размера, включая скорость теплопередачи, количество тепла, передаваемого между жидкостями и соответствующее изменение температуры, а также общий перепад давления на устройстве. Определение размеров относится к расчету требуемых общих размеров теплообменника (т. Е. Площади поверхности, доступной для использования в процессе теплопередачи), включая длину, ширину, высоту, толщину, количество компонентов, геометрию и расположение компонентов, и т.п., для приложения с заданными техническими характеристиками и требованиями. Расчетные характеристики теплообменника - например, конфигурация потока, материал, компоненты конструкции, геометрия и т. Д. - влияют как на номинальные характеристики, так и на расчет размеров. В идеале, оптимальная конструкция теплообменника для конкретного применения находит баланс (с факторами, оптимизированными в соответствии с указаниями разработчика) между номинальными характеристиками и размерами, которые удовлетворяют технологическим спецификациям и требованиям при минимально необходимых затратах.

Применение теплообменников

Теплообменники - это устройства, используемые в промышленности как для нагрева, так и для охлаждения.Доступны несколько вариантов теплообменников, которые находят применение в самых разных отраслях промышленности, в том числе:

В таблице 1 ниже указаны некоторые из общих отраслей и областей применения ранее упомянутых типов теплообменников.

Таблица 1 - Отрасли и области применения теплообменников по типам

Тип теплообменника

Общие отрасли промышленности и приложения

Кожух и трубка

  • Нефтепереработка
  • Предварительный нагрев
  • Масляное охлаждение
  • Производство пара
  • Утилизация тепла продувкой котла
  • Системы улавливания паров
  • Системы промышленной окраски

Двойная труба

  • Промышленные процессы охлаждения
  • Требования к малой площади теплопередачи

Пластина

  • Криогенный
  • Пищевая промышленность
  • Химическая обработка
  • Печи
  • Замкнутый контур водяного охлаждения открытого контура

Конденсаторы

  • Процессы дистилляции и очистки
  • Электростанции
  • Холодильное оборудование
  • HVAC
  • Химическая обработка

Испарители / Котлы

  • Процессы дистилляции и очистки
  • Паровозы
  • Холодильное оборудование
  • HVAC

с воздушным охлаждением / вентиляторным охлаждением

  • Ограниченный доступ к охлаждающей воде
  • Химические и нефтеперерабатывающие заводы
  • Двигатели
  • Электростанции

Адиабатическое колесо

  • Химическая и нефтехимическая переработка
  • Нефтеперерабатывающие заводы
  • Пищевая промышленность и пастеризация
  • Производство электроэнергии
  • Криогеника
  • HVAC
  • Аэрокосмическая промышленность

Компактный

  • Ограниченное пространство (e.г., самолеты и автомобили)
  • Масляное охлаждение
  • Автомобильная промышленность
  • Криогеника
  • Охлаждение электроники

Сводка

Это руководство дает общее представление о теплообменниках, доступных конструкциях и типах, их применении и особенностях использования. Дополнительную информацию о приобретении теплообменников можно найти в Руководстве по покупке теплообменников Thomas.

Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим руководствам и официальным документам Thomas или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы найдете информацию о более чем 500 000 коммерческих и промышленных поставщиков.

Источники
  1. https://www.engr.mun.ca/~yuri/Courses/MechanicalSystems/HeatExchangers.pdf
  2. http://sky.kiau.ac.ir
  3. http://web.mit.edu/16.unified/www/SPRING/propulsion/notes/node131.html
  4. http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node30.html
  5. https://www.thomasnet.com/knowledge/white-paper/speciality-heat-exchangers-101
  6. https://www.livescience.com/50833-zeroth-law-thermodynamics.html
  7. https: // курсы.lumenlearning.com/introchem/chapter/the-three-laws-of-thermodynamics/
  8. https://chem.libretexts.org
  9. http://physicalworld.org
  10. https://link.springer.com
  11. https://thefreeanswer.com/question/regenerative-heat-exchanger-static-type-regenerative-heat-exchanger-differ-dynamic-type/
  12. http://hedhme.com
  13. https://www.kau.edu.sa/Files/0052880/Subjects/GuideLinesAndPracticeForThermalDesignOfHeatExchangersN2.pdf
  14. https: // www.scribd.com/doc/132/Boilers-Evaporators-Condensers-Kakac

Прочие изделия из теплообменников

Больше из Process Equipment

.

Основы системы отопления и охлаждения: советы и рекомендации

Как только воздух нагревается или охлаждается у источника тепла / холода, его необходимо распределить по различным комнатам вашего дома. Этого можно добиться с помощью систем с принудительной подачей воздуха, гравитации или излучения, описанных ниже.

Системы нагнетания воздуха

Система принудительной подачи воздуха распределяет тепло, производимое печью, или холод, производимый центральным кондиционером, через вентилятор с электрическим приводом, называемый нагнетателем, который нагнетает воздух через систему металлических каналов в комнаты в вашем доме.По мере того, как теплый воздух из печи втекает в комнаты, более холодный воздух в комнатах стекает через другой набор каналов, называемый системой возврата холодного воздуха, в печь для обогрева. Эта система регулируется: вы можете увеличивать или уменьшать количество воздуха, проходящего через ваш дом. В центральных системах кондиционирования воздуха используется та же система принудительной подачи воздуха, включая вентилятор, для распределения холодного воздуха по комнатам и для возврата более теплого воздуха для охлаждения.

Объявление

Проблемы с системами принудительной подачи воздуха обычно связаны с неисправностью вентилятора.Воздуходувка также может быть шумной и добавляет стоимость электроэнергии к стоимости топочного топлива. Но поскольку в ней используется воздуходувка, система принудительной подачи воздуха является эффективным способом отвода тепла или охлаждения воздуха по всему дому.

Гравитационные системы

Гравитационные системы основаны на принципе подъема горячего воздуха и опускания холодного воздуха. Следовательно, гравитационные системы нельзя использовать для распределения холодного воздуха из кондиционера. В гравитационной системе печь располагается рядом с полом или под ним.Нагретый воздух поднимается по воздуховодам и попадает в пол по всему дому. Если печь расположена на первом этаже дома, тепловые регистры обычно располагаются высоко на стенах, потому что регистры всегда должны быть выше печи. Нагретый воздух поднимается к потолку. По мере того, как воздух охлаждается, он опускается, входит в каналы возвратного воздуха и возвращается в печь для повторного нагрева.

Другой основной системой распределения для отопления является лучистая система.Источником тепла обычно является горячая вода, которая нагревается печью и циркулирует по трубам, встроенным в стену, пол или потолок.

Радиант Системс

Излучающие системы работают, обогревая стены, пол или потолок комнат или, что чаще всего, обогревая радиаторы в комнатах. Затем эти предметы нагревают воздух в комнате. В некоторых системах используются электрические нагревательные панели для выработки тепла, которое излучается в комнаты. Как и настенные гравитационные обогреватели, эти панели обычно устанавливают в теплом климате или там, где электричество относительно недорогое.Системы излучающего излучения нельзя использовать для распределения холодного воздуха от кондиционера.

Радиаторы и конвекторы, наиболее распространенные средства распределения лучистого тепла в старых домах, используются с системами водяного отопления. Эти системы могут зависеть от силы тяжести или от циркуляционного насоса для циркуляции нагретой воды от котла к радиаторам или конвекторам. Система, в которой используется насос или циркулятор, называется гидравлической системой.

Современные системы лучистого отопления часто встраиваются в дома, построенные на фундаменте из бетонных плит.Под поверхностью бетонной плиты прокладывается сеть водопроводных труб. Когда бетон нагревается трубами, он нагревает воздух, соприкасающийся с поверхностью пола. Плита не должна сильно нагреваться; в конечном итоге он будет контактировать с воздухом по всему дому и нагревать его.

Системы Radiant - особенно когда они зависят от силы тяжести - подвержены ряду проблем. Трубы, используемые для распределения нагретой воды, могут забиться минеральными отложениями или наклониться под неправильным углом.Бойлер, в котором вода нагревается у источника тепла, тоже может выйти из строя. В новых домах системы горячего водоснабжения устанавливаются редко.

В следующем разделе вы узнаете, как термостат и другие элементы управления используются для поддержания микроклимата в помещении, создаваемого вашими системами отопления и охлаждения.

.

Типы трубопроводной арматуры, используемой в трубопроводе

Что такое трубная арматура?

Трубные фитинги - это компонент трубопровода, который помогает изменять направление потока, например, колена, тройники. Изменяет размер трубы типа переходников, тройников переходников. Подключите различные компоненты, такие как муфты, и остановите потоки, такие как колпачки.

В трубопроводе используются различные типы фитингов. Фитинги, используемые в трубопроводных работах, перечислены ниже.

  • Колено
  • Тройник
  • Редуктор
  • Union
  • Муфта
  • Переходники
  • Olet (Weldolet, Sockolet, Elbowlet, Thredolet, Nipolet, Letrolet, Swepolet)
  • Cap10
  • 000
  • 000
  • 000
  • Обжимной ниппель
  • Заглушка
  • Втулка
  • Компенсатор
  • Конденсатоотводчик
  • Изгиб с большим радиусом
  • Фланцы

В приведенной выше таблице перечислены наиболее широко используемые стандартные фитинги.Эти стандартные детали кованы или кованы. Для изготовления кованой арматуры используются только бесшовные трубы. Из плиты изготавливают сварную арматуру большого диаметра.

Эти фитинги доступны с различными типами торцевых соединений.

Трубная арматура Тип торцевого соединения

Трубное колено

Колено используется чаще, чем любая другая трубная арматура. Это обеспечивает гибкость при изменении направления трубы. Колено в основном доступно двух стандартных типов: 90 ° и 45 °.Однако его можно сократить до любой другой степени. Доступны колена двух типов: с коротким радиусом (1D) и с длинным радиусом (1,5D).

Колено под углом 90 градусов

Колено под углом 90 градусов устанавливается между трубой для изменения направления трубы на 90 градусов. Доступны в форме с длинным и коротким радиусом.

Колено под углом 45 градусов

Колено под углом 45 градусов устанавливается между трубой для изменения направления трубы на 45 градусов.

Колено с большим радиусом

В колене с длинным радиусом радиус осевой линии равен 1.В 5 раз больше номинального размера трубы или, можно сказать, в 1,5 раза больше диаметра трубы. Обычно в трубопроводах используются отводы с длинным радиусом, поскольку потеря давления меньше по сравнению с отводом с коротким радиусом. Для этого требовалось больше места, чем для локтя с коротким радиусом.

Колено с коротким радиусом

В отводе с коротким радиусом радиус осевой линии равен номинальному размеру трубы, или вы можете сказать, умноженное на диаметр трубы. Отводы с коротким радиусом используются в условиях ограниченного пространства. Однако он имеет большой перепад давления из-за резкого изменения направления потока.

Переходное колено

Переходное колено 90 предназначено для изменения направления, а также для уменьшения размера трубы в системе трубопроводов. Редукционный отвод устраняет необходимость в одном фитинге и сокращает время сварки более чем на треть. Кроме того, постепенное уменьшение диаметра по всей дуге редукционного колена обеспечивает меньшее сопротивление потоку и снижает влияние турбулентности потока и потенциальной внутренней эрозии. Эти функции предотвращают значительный перепад давления в линии.

Отвод трубопроводов

Отводы трубопровода с большим радиусом используются в линиях транспортировки жидкости, которые требуют очистки скребками. Благодаря большому радиусу и плавному изменению направления изгиб трубы имеет очень меньший перепад давления, и возможен плавный поток жидкости и скребка. Повсеместно доступны отводы труб 3D и 5D. Здесь D - размер трубы.

Угловые отводы

Угловые отводы не являются стандартными фитингами, они изготавливаются из труб. Обычно они предпочтительны для размера 10 дюймов и выше, потому что отвод большого размера стоит дорого.Использование углового колена ограничено водопроводом низкого давления. Колено под углом может быть выполнено из 2, 3 и 5 частей.

Возврат - колено на 180 градусов

Отводы возврата используются для изменения направления на 180 °. Доступны короткие и длинные модели. Возвращает используются в нагревательной спирали, теплообменник, бак для вентиляции и т.д.

трубы Tee

A Тройник используется для распределения или сбора жидкости из трубы выполнения. Это короткий отрезок трубы с 90-градусным ответвлением в центре.В трубопроводе используются два типа тройника: равномерный / прямой тройник и переходной / неравномерный тройник.

Тройник прямой

В прямом тройнике диаметр ответвления такой же, как диаметр трубы участка (коллектора).

Переходной тройник

У переходного тройника диаметр ответвления меньше диаметра трубы участка (коллекторной)

Тройник с решеткой

Тройник с решеткой, также известный как тройник со скребком, используется в трубопроводах, которые свиньи. Ветвь тройника имеет приваренную изнутри ограничительную планку для предотвращения попадания скребка или скребка в ветвь.Стержни приварены к ответвлению таким образом, чтобы обеспечить свободный проход скребка из спускной трубы.

Тройник с тройником / боковой

Это тип тройника с ответвлением под углом 45 ° или под углом, отличным от 90 °. Тройник-тройник позволяет соединять одну трубу с другой под углом 45 °. Этот тип тройника снижает трение и турбулентность, которые могут препятствовать потоку. Тройник тройник также известен как боковой.

Крест

Крест также известен как четырехходовой фитинг.Крест имеет один вход и три выхода (или наоборот). Обычно крестовины не используются в технологических трубопроводах для транспортировки жидкости. Но кованые кресты - обычное дело для спринклерных систем пожаротушения.

Переходники для труб

Переходники для труб изменяют размер трубы. В трубопроводе используются два типа переходника: концентрический и эксцентрический.

Концентрический переходник для трубы или конический переходник

В концентрическом переходнике, который также известен как конический переходник, центры обоих концов находятся на одной оси.Он поддерживает высоту центральной линии трубопровода. Когда центральные линии большей и меньшей трубы должны оставаться одинаковыми, используются концентрические переходники.

Эксцентриковый переходник

В эксцентриковом переходнике центры обоих концов находятся на разных осях, как показано на изображении. Он поддерживает высоту BOP (низа трубы) трубопровода. Когда одна из внешних поверхностей трубопровода должна оставаться неизменной, требуются эксцентриковые переходники.

Смещение = (больший внутренний диаметр - меньший внутренний диаметр) / 2

Редуктор обжима

Обжимка похожа на редукторы, но имеет небольшой размер и используется для соединения труб с трубами меньшего диаметра с резьбой или сваркой с раструбом.Как и редукторы, они также доступны в концентрическом и эксцентрическом типах. Доступны обжимки с разными типами концов. Например, оба гладких конца или один простой и один резьбовой конец.

Заглушки для труб

Заглушки закрывают конец трубы. Заглушки для труб используются в тупике трубопроводной системы. Он также используется в коллекторах трубопроводов для будущих соединений.

Заглушки

Концы заглушек используются с фланцами для соединения внахлест. В этом типе фланца заглушка приварена к трубе встык, тогда как фланец свободно перемещается по заглушке.В основном это фланцевая деталь, но она покрывается стандартом ASME B16.9, поэтому считается трубопроводной арматурой.

Штуцер для труб

Муфты используются в качестве альтернативы фланцевому соединению в трубопроводах низкого давления с малым проходом, где демонтаж трубы требуется чаще. Соединения могут быть с резьбой или под приварку. В соединении три детали: гайка, охватывающая часть и охватываемая часть. Когда охватывающий и охватываемый концы соединяются, гайки обеспечивают необходимое давление для герметизации соединения.

Трубная муфта

Доступны три типа муфт;

  • Полная муфта
  • Полумуфта
  • Переходная муфта

Полная муфта

Полная муфта используется для соединения труб с малым внутренним диаметром. Он используется для соединения трубы с трубой или трубы с обжимкой или ниппелем. Он может быть как с резьбой, так и с муфтой.

Полумуфта

Полумуфта используется для ответвления малого диаметра от резервуара или большой трубы. Он может быть резьбовым или гнездовым.Он имеет гнездо или конец резьбы только с одной стороны.

Переходная муфта

Переходная муфта используется для соединения труб двух разных размеров. Он похож на концентрический переходник, который поддерживает осевую линию трубы, но имеет небольшие размеры.

Трубный ниппель

Ниппель представляет собой короткий отрезок трубы с наружной трубной резьбой на каждом конце или на одном конце. Он используется для соединения двух других фитингов. Ниппели используются для соединения труб, шлангов и клапанов. Ниппели используются в трубопроводах низкого давления.

Фитинги для сварки внахлест и резьбовые фитинги

Фитинги для сварки внахлест и резьбовые фитинги являются кованными изделиями и классифицируются в зависимости от их номинального давления и температуры. Доступны они размером от 1/8 дюйма до 4 дюймов. Эти фитинги доступны в четырех классах давления-температуры.

  • Фитинги класса 2000 доступны только с резьбой.
  • Фитинги класса 3000 и 6000 доступны как с резьбой, так и с сваркой внахлест. Фитинги класса
  • 9000 доступны только для сварки муфт.

Эти фитинги используются для трубопроводов малого диаметра и низкого давления.

Колено под сварку с враструб

Тройник и крестовина Под сварку с враструб Тип

Трубные фитинги с резьбой

Трубные фитинги Размеры фитингов должны соответствовать требованиям стандарта

  • Для кованых изделий (WP) Размеры указаны в стандарте
    • ASME B16.9-, который является стандартным для заводских сварных фитингов для стыковой сварки для размеров от NPS 1⁄₂ до NPS 48 ”и
    • и B16.28- который является стандартом для сварных стальных колен с коротким радиусом и возвратных труб для размеров от NPS 1⁄₂ до NPS 24 ”
  • Для кованых фитингов Размеры указаны в
    • ASME B16.11 - стандарте для фитингов из кованой стали который охватывает фитинги для сварки внахлест и резьбовые соединения

Особая благодарность Софи Ши и г-ну Тому за предоставленные изображения. Вы можете посетить их веб-сайт для получения дополнительных сведений о продуктах.

Софи Ши - www.lianfachina.com

Мистер Том - http://sinopipefittings.com

.

Смотрите также