Введення
Перенесення енергії у формі тепла, що відбувається між тілами, що мають різну температуру, називається теплообміном. Рушійною силою будь-якого процесу теплообміну є різниця температур більш нагрітого і менш нагрітого тіл, за наявності якої тепло мимовільно, у відповідності з другим законом термодинаміки, переходить від більш нагрітого до менш нагрітого тіла. Теплообмін між тілами являє собою обмін енергією між молекулами, атомами і вільними електронами; в результаті теплообміну інтенсивність руху частинок більш нагрітого тіла знижується, а менш нагрітого - зростає.
Тіла, що беруть участь у теплообміні, називаються теплоносіями.
Теплопередача - наука про процеси поширення тепла. Закони теплопередачі лежать в основі теплових процесів - нагрівання, охолодження, конденсації парів, випарювання - і мають велике значення для проведення багатьох масообмінних (процеси перегонки, сушіння та ін.), А також хімічних процесів, що протікають з підведенням або відведенням тепла.
Розрізняють три принципово різних елементарних способу розповсюдження тепла: теплопровідність, конвекцію і теплове випромінювання.
Теплопровідність являє собою перенесення тепла внаслідок безладного (теплового) руху мікрочастинок, безпосередньо стикаються один з одним. Цей рух може бути або рухом самих молекул (гази, краплинні рідини), або коливанням атомів (в кристалічній решітці твердих тіл), або дифузією вільних електронів (у металах). У твердих тілах теплопровідність є зазвичай основним видом поширення тепла.
конвекції називається перенесення тепла внаслідок руху та перемішування макроскопічних об'ємів газу або рідини.
Перенесення тепла можливий в умовах природної, або вільною, конвекції, обумовленої різницею щільності в різних точках об'єму рідини (газу), що виникає внаслідок різниці температур в цих точках або в умовах вимушеної конвекції при примусовому русі всього об'єму рідини , наприклад у випадку перемішування її мішалкою.
Теплове випромінювання - це процес поширення електромагнітних коливань з різною довжиною хвиль, обумовлений тепловим рухом атомів або молекул випромінюючого тіла. Всі тіла здатні випромінювати енергію, яка поглинається іншими тілами і знову перетворюється в тепло. Таким чином, здійснюється променистий теплообмін; він складається з процесів лучеиспускания і лучепоглощеніе.
Перенесення тепла від стінки до газоподібної (рідкої) середовищі або в зворотному напрямку називається тепловіддачею.
Ще більш складним є процес передачі тепла від більш нагрітої до менш нагрітої рідини (газу) через їх розділяє поверхню або тверду стінку. Цей процес носить назву теплопередачі.
У безперервно діючих апаратах температури в різних точках не змінюються в часі і протікають процеси теплообміну є усталеними (стаціонарними). У періодично діючих апаратах, де температури змінюються в часі (при нагріванні або охолодженні), здійснюється несталі, або нестаціонарні, процеси обміну. ??
Стан питання. Огляд існуючих конструкцій
теплообмінник або теплообмінними пристроями в широкому сенсі слова є всі апарати, в яких відбувається обмін між рідкими або газоподібними, тобто передача тепла від одного середовища до іншої. У найбільш вузькому сенсі слова до теплообмінників відносять лише теплові апарати, в яких відбувається нагрівання охолодження оброблюваної середовища, не супроводжується одночасно істотним і цілеспрямованим зміною її хімічних і фізичних властивостей. Тому від власне теплообмінників відрізняють такі апарати, як реактори, випарні апарати та інші види технологічного обладнання, призначені для утворення оброблюваної середовища.
Залежно від способу передачі тепла розрізняють дві основні групи теплообмінників:
) поверхневі теплообмінники, в яких перенесення тепла між обмінюються теплом середовищами відбувається через розділяє їх поверхню теплообміну - глуху стінку (трубчасті, пластинчасті, змієвикові, ребристі, плавникові, стільникові, спіральні, голчасті теплообмінники та ін.).
) теплообмінники змішання, в яких тепло передається від одного середовища до іншої при їх безпосередньому зіткненні. (Апарати для підігрівання поживних середовищ чистим відкритим паром).
Значно рідше застосовуються в хімічній промисловості регенеративні теплообмінники, в яких нагрів рідких середовищ відбувається за рахунок їх зіткнення з раніше нагрітими твердими тілами - насадкою, що заповнює апарат, періодично нагрівається іншим теплоносієм.
Поверхневі теплообмінники найбільш поширені, і їх конструкції вельми різноманітні.
<...
