Теплообменные аппараты (ТА), наверное, одно из самых древних устройств, используемых человеком. Да и сам человек в некотором смысле – тоже теплообменный аппарат. С ТА мы сталкиваемся постоянно в быту и на производстве. Теплообмен – основополагающий физический процесс. Для использования теплообмена разработано много машин и устройств. На сайте размещена информация об основных принципах работы ТА, их конструкции и назначении.

Также размещена информация об известных производителях Теплообменных аппаратов и свойствах их продукции.

Для удобства работы с информацией, размещённой на сайте, напомним определения основных терминов, используемых в тексте разделов сайта.

Определения

Теплообмен, перенос теплоты – процесс передачи тепловой энергии от одного тела к другому. Теплообмен всегда идёт в сторону выравнивания температуры взаимодействующих сред: горячая остывает, холодная нагревается (второй закон термодинамики).

Выделяют три простых механизма передачи тепла:

• Теплопроводность.
• Конвекция.
• Тепловое излучение.

Теплопроводность ‑ способность материальных тел к переносу энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела. Причина переноса – хаотическое (броуновское) движение микрочастиц тела. В системе СИ коэффициент теплопроводности имеет вид Вт / (м ^● К), или Вт ^● м^{-1 ●} К^-1, т.е. он определяет количество теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К – один градус Кельвина).

Конвекция - вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передаётся струями и потоками. Естественная конвекция возникает в жидких и газообразных средах (или их смесях) в поле тяготения при наличии градиентов температурных полей. Отличают ламинарную и турбулентную конвекцию. При прочих равных условиях турбулентная конвекция приводит к увеличению скорости передачи тепла. Существуют также термокапиллярная и концентрационная конвекции.

Тепловое излучение – электромагнитное излучение, возникающее за счёт внутренней энергии тела.

Теплоёмкость тела – физическая величина, определяемая отношением бесконечно малого количества теплоты δQ, полученного телом, к соответствующему приращению его температуры δT. В СИ измеряется как Дж / К.

Удельная теплоёмкость – отношение теплоёмкости к массе, т.е. теплоёмкость единичной массы вещества Физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо передать единичной массе данного вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу. В СИ измеряется в джоулях на килограмм на кельвин, Дж / (кг ^● К).

Теплоноситель – жидкое, газообразное или твёрдое вещество, применяемое для переноса и передачи тепловой энергии.

Хладагент – теплоноситель, поглощающий тепловую энергию. При этом может изменяться его фазовое состояние.

Теплагент – теплоноситель, отдающий тепловую энергию. При этом может изменяться его фазовое состояние.

Применительно к передаче тепловой энергии одно и тоже вещество в теплообменном аппарате может попеременно играть роль хладагента и теплагента.

Классификация по конструкции

Мы рассматриваем класс товаров с общим названием «теплообменники».

Подкласс - это множество товаров, удовлетворяющих потребностям группы потребителей, имеющих определённые различия. Мы будем различать следующие подклассы:

• Поверхностные (рекуперативные) теплообменники.
• Смесительные (контактные) теплообменники.
• Регенеративные теплообменники.

Группа товаров – подмножество товаров подкласса, удовлетворяющих потребностям специфичных групп потребителей, например, товары с определёнными особенностями перерабатываемого сырья, используемых материалов, и конструктивных особенностей.

В подклассе рекуперативных теплообменников выделяются следующие группы:

• Кожухотрубчатые.
• Секционные (элементные).
• Труба в трубе (двухтрубчатые).
• Оросительные.
• Погружные.
• С наружными змеевиками.
• Оребрённые.
• Блочные.
• Пластинчатые.
• Спиральные.
• С двойными стенками.

Основные конструктивные особенности поверхностных (рекуперативных) теплообменников представлены в разделе сайта Поверхностные теплообменники (рекуперативные).

В подклассе смесительных (контактных) теплообменников выделяются следующие группы:

• Паровые барботёры.
• Сопловые подогреватели.
• Градирни.
• Барометрические конденсаторы.

Основные конструктивные особенности смесительных (контактных) теплообменников представлены в разделе сайта Смесительные теплообменники (контактные) .

В подклассе регенеративных теплообменников выделяются следующие группы:

• Теплообменники с неподвижной насадкой.
• Теплообменники с подвижной насадкой.

Основные конструктивные особенности регенеративных теплообменников представлены в разделе сайта Регенеративные теплообменники (РТ).

Подгруппа товаров - подмножество товаров, имеющих одинаковое основное назначение с группой, но отличающихся от товаров других подгрупп только им присущими признаками.

Вид товара – совокупность товаров, отличающихся индивидуальным назначением и идентификационными признаками. Это конкретные устройства, которые производитель предлагает потребителю.

Разновидность товара – совокупность товаров одного вида, отличающихся рядом частных признаков.

С разновидностями теплообменных аппаратов можно познакомиться на страницах сайта, описывающих продукцию разных производителей.

Рисунок К-1 показывает основные подклассы и составляющие их группы теплообменных аппаратов в зависимости от конструкции.

Рисунок К-1. Классификация теплообменных аппаратов в зависимости от конструкции.

Классификация по функциональному назначению

Классификация ТА по функциональному назначению приведена на рисунке К-2.

Рисунок К-2. Классификация теплообменников по функциональному назначению.

Классификация ТА по функциональному назначению носит условный характер. ТА схожей конструкции могут быть отнесены по назначению к разным группам в зависимости от целевого процесса. Подогреватель, в котором используется пар отличается от конденсатора тем, что используется для нагрева, а не для конденсации пара.

Иногда в группы выделяют такие устройства, как дистилляторы, сублиматоры, плавители и т.п.

В любом случае принципы организации теплообмена и их аппаратной реализации имеют основные черты, описанные в разделах Поверхностные (рекуперативные) теплообменники, Смесительные (контактные) теплообменники , Регенеративные теплообменники (РТ) сайта.

Подгруппы, виды, разновидности теплообменников от различных производителей представлены в разделе сайта Производители.

В разделе сайта Статьи представлены материалы, посвящённые особенностям различных подклассов теплообменников, приёмам повышения их эффективности, используемым в их конструкции узлам, механизмам и материалам.

Теплоносители

В технологическом процессе теплопередачи, конструктивно оформленном теплообменником, используются теплоносители – жидкие, газообразные или даже твёрдые вещества, применяемые для переноса и передачи тепловой энергии.

В зависимости от условий теплообмена используются различные теплоносители, которые поглощают или отдают тепловую энергию в теплообменных аппаратах. Теплоносители разделяют (достаточно условно) на теплагенты и хладагенты.

Теплагенты

Наиболее часто в теплообменниках в качестве теплагентов используются:

• Дымовые газы.
• Водяной пар.
• Пары высокотемпературных органических носителей.
• Вода.
• Минеральные масла.
• Высокотемпературные органические носители.
• Ионные высокотемпературные носители.
• Кремнийорганические высокотемпературные носители.
• Жидкометаллические теплоносители.

Хладагенты

Наиболее часто в теплообменниках в качестве хладагентов используются:

• Воздух
• Вода
• Холодильные рассолы
• Аммиак

Основные свойства и области использования этих теплагентов и хладагентов рассмотрены в разделе сайта Теплоносители.