Конвекционный электрический обогреватель позволит быстро прогреть дом

Производители бытовых нагревательных приборов каждый сезон радуют своих потребителей усовершенствованными видами обогревателей. Конвекционный электрический обогреватель, безусловно, является классическим климатическим устройством. Однако и здесь ассортимент регулярно обновляется, приборы становятся более совершенными, экономичными и безопасными.

Наиболее разнообразный ассортимент товара представлен в интернет-магазине, поэтому выбрать и купить конвекционные обогреватели здесь можно по привлекательной стоимости, не выходя из дома.

Принцип функционирования конвекционного обогревателя достаточно прост. Внутри корпуса агрегата устанавливается нагревательный элемент, от которого происходит нагрев воздуха. Далее горячий поток естественным образом поднимается вверх, а холодный воздух опускается вниз, где подвергается воздействию прибора. Так происходит воздушная циркуляция или конвекция, по средству которой и происходит отопительный процесс.

Конвекционные обогреватели для дома бывают также с принудительной циркуляцией воздушных потоков. В этом случае внутри прибора установлен вентилятор, который помогает прогонять воздух через нагревательное устройство. Благодаря такому принципу работы, помещение нагревается намного быстрее.

Конвекционный электрический обогреватель безопасный и бесшумный, поэтому рекомендуется приобретать такое устройство для домашнего использования.

Чем отличаются конвекционные обогреватели от других нагревательных устройств

• Место установки. Для наибольшей эффективности стандартный обогреватель с конвекцией необходимо устанавливать ближе к полу, в то время как инфракрасные приборы могут быть расположены на стене или потолке.
• Принцип воздействия. Конвекционные устройства нагревают воздух, а не окружающие предметы.
• Возможности. Конвекционные обогреватели прекрасно прогревают площади до 30 кв. метров, при больших объемах потребуется установка более мощного профессионального агрегата или нескольких бытовых приборов.

Время не стоит на месте, и на рынке бытовых приборов появились инфракрасные конвекционные обогреватели. Они совмещают два способа нагрева: инфракрасное излучение и конвекцию. Такие устройства могут крепиться на стену, что экономит место в небольших помещениях. Купить конвекционные обогреватели такого типа советуется для установки в детских и спальных комнатах. Они отличаются повышенной безопасностью и экономичностью.

Итак, конвекционный нагрев помещения – эффективное решение отопления для дома.

Конвекционный и конденсационный газовый котел: в чём отличие

Каждый хочет приобрести отопительную установку одновременно недорогую, экономичную и эффективную. Полное представление о конкретном изделии дают не только его характеристики, уровень автоматизации, но и принцип функционирования. Конденсационные газовые котлы появились у нас недавно, а потому мало кто знаком с их особенностями. В чем отличие, стоит ли их предпочесть конвекционным аналогам (теплогенераторам традиционного исполнения) – вопросы, напрямую влияющие на выбор оптимальной модели.

Визуально отопительные газовые установки двух групп неотличимы. Их устройство практически идентично: корпус, горелка, теплообменник, камера сгорания и ряд иных конструктивных элементов. Однако реализованное в конденсационных котлах инженерное решение несколько изменило технологию нагрева воды. Это и дает ряд преимуществ таким моделям.

Принцип работы

Конвекционные котлы

Повышение температуры теплоносителя для отопительной системы и поддержание ее на требуемом уровне, приготовление горячей воды для собственных нужд (ГВС) обеспечивается пламенем горелки. Существенный недостаток данного (конвективного) способа в том, что часть тепловой энергии тратится нерационально – уходит в атмосферу, через дымоход. Его коаксиальная версия проблему несколько нивелирует, но не настолько, чтобы говорить о значительной экономии.

У всех конвекционных котлов имеется и еще один недостаток, о котором рядовой пользователь может и не знать. Работа установки на пониженном режиме приводит к «охлаждению» продуктов сгорания. И если их температура упадет ниже 55±50С (зависит от модификации), то газы начинают конденсировать на стенках дымохода, камеры. Агрессивные химические соединения, содержащиеся в капельках жидкости, не лучшим образом влияют на металлы. Как результат – снижение ресурса котла и внеплановый ремонт.

Особенно явно это выражается в случаях, когда монтаж дымохода, да и всего контура отопления (с целью экономии) делается собственноручно – неизбежны отступления от требований СНиП, производителя котельного оборудования, а то и прямые их нарушения.

Конденсационные котлы

В таких установках тепловая энергия для нагрева воды используется по максимуму. Она выделяется не только в результате сгорания топлива; содержится и в паре (он имеет высокую температуру), уходящем вместе с газами через трубу наружу. Реализовано все просто и оригинально: конденсационные котлы оснащаются водяными экономайзерами. По сути, еще один теплообменник.

Его назначение описывается кратко: для обеспечения конденсации паров на своих стенках и перенаправления полученной энергии на конкретные цели. В суммарном выражении при сгорании той же «дозы» топлива ее получается значительно больше. Этим повышается эффективность работы котельного оборудования на системы (ОВ или ГВС), в зависимости от режима.

Практика подтверждает теоретические расчеты: экономия газа на обогрев строения может достигать 35%. Следовательно, расходы по статье «отопление» (ГВС) снижаются.

В чем отличие в практическом плане? Для нормального функционирования отопительной системы с включенным в схему конвекционным котлом нужно обеспечить минимальную разницу температур на его выходе и входе (в линии обратки). Несоблюдение данного условия чревато температурным перекосом в теплообменнике. К чему приводит поступление холодного теплоносителя в горячий металлический корпус прибора, пояснять не нужно. Это одна из причин быстрого выхода оборудования из строя, особенно при самостоятельном проектировании системы и монтаже.

С котлом конденсационным все иначе. Охлажденная вода, поступающая по обратке в экономайзер, подогревается тепловой энергией, выделяющейся при конденсации паров. В основном теплообменнике ее температуру нужно всего лишь поднять до требуемого значения. Выгоду понять несложно: традиционный (конвекционный) газовый котел характеризуется КПД порядка 90%. То есть 10 в прямом смысле «улетает» через дымоход. В конденсационной установке и эти проценты используются для нагрева воды (ОВ или ГВС) в теплообменнике. Потому их КПД достигает 98%.

Устройство конденсационной модели

Рисунок все хорошо поясняет. В котле дополнительно установлен второй (обязательно бесшовный, литой) теплообменник (экономайзер), камера доохлаждения и конденсатосборник (не во всех моделях).

Преимущества конденсационного оборудования

• Экономичность. На такие отопительные приборы особое внимание стоит обратить собственникам, которые пользуются для обогрева баллонным газом.




• Пониженные требования к дымоходу. Его можно обустраивать даже из пластиковой трубы – в отходящих газах агрессивный конденсат отсутствует, их температура низкая. Одновременно продлевается срок службы канала: коррозия металла маловероятна.




• Уменьшение количества токсичных выбросов. Специалисты оценивают снижение на уровне 65–70%.

Минусы

• Цена. Стоимость конденсационных котлов в среднем в 1,7 раза выше моделей традиционного типа. В первую очередь, за счет экономайзера. Хотя затраты на приобретение в перспективе окупаются снижением расхода газа.




• Ограничение в использовании. Не для высокотемпературных контуров – нивелируется главное преимущество котла этой категории и теряется смысл его установки. Одно из решений – подключение нескольких систем: отопления, теплого пола. Задача – добиться охлаждения теплоносителя.




• Необходимость утилизации конденсата. Он ядовит, а потому слив в грунт на участке, в автономную канализацию (септик) исключается; только отдельная система сбора. В моделях средней и высокой ценовой категории имеются встроенные бачки, которые нужно лишь периодически опорожнять.




• Все конденсационные котлы – энергозависимые. Поэтому в самоточных системах не монтируются.

Вывод: котлы конденсационного типа, несмотря на высокую стоимость, в перспективе дают хорошую экономию на отоплении. Но при условии, что выбором модели, проектированием системы и монтажом занимался профессионал.

Искать конденсационный котел не придется. Отопительные установки этой группы от ведущих производителей представлены в интернет-магазине alfatep.ru. Наши сотрудники не только помогут в выборе оборудования для конкретного строения. Специалисты сервисной службы окажут услуги жителям Подмосковья по проектированию автономной системы, монтажу, настройке и пуске в эксплуатацию. Мы обеспечиваем полное техническое сопровождение изделий и после окончания гарантийного периода. По всем вопросам можно обратиться по контактному телефону 8 (495) 109-00-95 или в разделе сайта «Обратная связь». Доставка товара в максимально сжатые сроки, через представительства «АЛЬФАТЭП» в регионах.

DeLonghi HCM 2020 обзор конвекционного обогревателя

Человечество всегда стремится к теплу, от которого зависит здоровье и жизнь человека. Особенно актуально создание тепла в холодные сезоны. Хотя централизованные и автономные системы отопления существуют уже давно, всё же порой их бывает недостаточно в силу экономии природных ресурсов (в частности газа). К тому же есть помещения, не имеющие отопления — гаражи, магазины, некоторые офисы. Для таких случаев широко используются различные виды обогревателей. Среди них тепловентиляторы, конвекционные обогреватели, масляные радиаторы, инфракрасные обогреватели, а также множество других приборов на любой вкус и предпочтения. Но одно из центральных мест несомненно занимает конвекционный обогреватель. Он является наиболее эффективным, прост и удобен в использовании, имеет ручки для переноса в любое место, а также имеет возможность вешать его на стену для освобождения пространства. Конвекционный обогреватель DeLonghi HCM 2020 обладает именно такими достоинствами и не только.

Современный и стильный дизайн

Современные тенденции развития производства порождают всё более требовательных покупателей в плане внешнего вида товара. Разработчики фирмы DeLonghi предусмотрели и это, поэтому конвектор имеет стильный фирменный дизайн, способный угодить самому прихотливому покупателю. Окрашен в белый цвет, придающий особую атмосферу в помещении. Имеет в верхней части выпуклую прозрачную решётку, через которую лучше поступает тёплый воздух в помещение. По бокам в верхней части находятся ручки, за которые удобно переносить конвекционный обогреватель в любое место помещения. А в нижней части боковых панелей обогревателя находятся съёмные ножки. Таким образом, Вы можете ставить прибор на пол при помощи ножек или, снимая их, легко крепить конвектор на стену при помощи кронштейнов, входящих в комплект.

Конвекционный обогреватель DeLonghi HCM 2020 довольно компактный. Его размеры позволяют размещать электроприбор в любом небольшом помещении. А в тёплое время года можно просто его хранить в шкафу, кладовке или другом удобном месте.
На боковой панели конвектора находится регулятор переключения уровня нагрева, при помощи которого Вы можете уменьшать или увеличивать степень обогрева, таким образом, регулируя температуру воздуха в помещении.

Принцип работы и преимущества

Обогреватель носит название «конвекционный» поскольку принцип его работы основывается на переносе потока воздуха. А именно: воздух, проходящий через нагревательный элемент, нагревается, затем поднимается вверх. Его место занимает холодный воздух. Таким образом, поток тёплого воздуха равномерно разносит тепло по всему объёму помещения, не скапливаясь под потолком. В этом и есть одно из преимуществ конвекционного обогревателя DeLonghi HCM 2020 по сравнению с другими обогревателями. К тому же он практически не поднимает пыль и работает бесшумно, что очень актуально для здоровья, особенно, если есть дети. Поэтому помимо внешних дизайнерских достоинств данный конвектор обладает и рядом функциональных.

Данный конвекционный обогреватель обладает мощностью 2000 Ватт. Нагретое помещение остаётся тёплым ещё довольно долгое время.
Нагревательный элемент обогревателя находится внутри, и при этом не соприкасается с воздухом. А это означает, что такой тип обогревателя не сушит воздух в помещении, что очень важно для здоровья. Ведь всем известно о вреде сухого воздуха организму человека. Поэтому, можно сказать, что конвекционный обогреватель DeLonghi HCM 2020 не только не вредит Вашему здоровью, но и заботится о нём, создавая тепло.

Как и во многих конвекционных обогревателях, в данном приборе встроен комнатный термостат, который призван автоматически поддерживать заданную температуру нагревания.
Конвекционный обогреватель имеет интересную и полезную функцию «Антизамерзание». Работает данная функция следующим образом. Выставляется необходимая температура нагрева, которая будет постоянно поддерживаться. Таким образом, при Вашем отсутствии дома или на даче будет держаться постоянная минимальная температура воздуха. При этом, это не даст помещению сильно охладится и позволит экономить электроэнергию.

Основное преимущество данного обогревателя является перед другими — это быстрый нагрев воздуха в помещении. К тому же исключительную безопасность обеспечивает двойная система изоляции.
С конвекционным обогревателем от DeLonghi HCM 2020 Вы почувствуете тепло и уют даже в самые холодные зимние дни!

Лучистое инфракрасное отопление — кондуктивное и конвекционное отопление

 

Радиация

Компания Solaronic специализируется на теплопередаче излучением, в частности, инфракрасным излучением. Передача тепла излучением отличается от передачи тепла путем теплопроводности или конвекции тем, что для осуществления передачи не требуется вещества. Излучаемое тепло обычно называют инфракрасным, это всего лишь одна из нескольких форм излучения.

Инфракрасное излучение передается со скоростью света, 186 000 миль в секунду, по прямой линии с минимальными потерями в воздухе. Его можно направить, отразить или сфокусировать с помощью материалов с сильно отражающей поверхностью, таких как алюминиевые корпуса многих наших трубчатых обогревателей. Когда инфракрасное излучение попадает на поглощающий объект, такой как бетон, дерево, вода, краска, кожа или одежда, оно преобразуется в тепло на поверхности. Затем окружающий воздух нагревается за счет теплопроводности и конвекции.

Лучшим примером такой передачи тепла является передача тепла от солнца к земле без потери тепла в космическое пространство. Излучение или инфракрасная энергия излучается всем веществом, температура которого выше абсолютного нуля (-460°F).Чистая передача тепла от одного объекта к более холодному объекту. Теплые объекты, в том числе люди внутри отапливаемого здания, теряют или излучают тепло на более холодные внутренние поверхности стен. Стены проводят тепло к внешней поверхности, а затем теряют тепло за счет излучения, теплопроводности и конвекции наружу.

Как работает инфракрасный порт

Количество излучения, производимого идеальным излучателем, выражается законом Стефана-Больцмана, где:

• Q = σ T⁴
• Q = Количество тепла, излучаемого на фут².
• σ = постоянная Стефана-Больцмана.

T = Абсолютная температура (°F + 460°).

Для обычных объектов, неидеальных излучателей, Q уменьшается путем умножения излучательной способности объекта (всегда меньше единицы). Таким образом, при нормальной температуре количество инфракрасного излучения, производимого объектом, относительно невелико, но при повышении температуры излучение значительно возрастает. Например: объект с температурой 80°F (абсолютная температура 540°) и мощностью излучения 0.85 будет производить 124 BTUH/фут2. Когда его абсолютная температура удваивается до 1080°, его выходная мощность увеличивается в шестнадцать раз до 1984 BTUH/фут2. Если его абсолютную температуру увеличить в четыре раза до 2160°, его мощность увеличится в двести пятьдесят шесть раз до 31 744 BTUH/фут2.

13 примеров конвекции в повседневной жизни — StudiousGuy

Конвекция относится к процессу передачи тепла или энергии через текучую среду (газ или жидкость) от высокой температуры к низкой температуре. Конвекция — один из трех видов теплопередачи; два других — излучение и проводимость. Теплопроводность относится к передаче тепла между телами, находящимися в физическом контакте; тогда как при излучении энергия излучается в виде электромагнитных волн.

Молекулярное движение в жидкостях является причиной конвективного переноса тепла. Движение молекул увеличивается, когда температура молекул увеличивается; в результате молекулы стремятся удалиться друг от друга.Движение молекул отвечает за передачу тепла.

Если вы посмотрите вокруг, то заметите, что конвекция играет важную роль в повседневной жизни. В этой статье мы собираемся обсудить реальные примеры конвекции, которые весьма интересны.

1. Бриз

Образование морского и сухопутного бриза являются классическими примерами конвекции. Согласно определению конвекции, молекулы с более высокой температурой вытесняют молекулы с более низкой температурой.Точно так же днем ​​поверхность суши у моря теплее, чем вечером. Конвекция заставляет воздух, находящийся ближе к поверхности земли, нагреваться и, следовательно, подниматься вверх. Этот теплый воздух у земли легко заменяется прохладным воздухом, что приводит к «морскому бризу». Когда наступает ночь, склонность земли к охлаждению больше. Однако воздух над морской водой теплый и поэтому поднимается вверх. Как только этот воздух поднимается вверх, его заменяет прохладный воздух с суши, который обычно называют «сухопутным бризом».

2. Кипяток

При кипячении воды включается конвекция. Происходит то, что холодная вода внизу нагревается от энергии горелки и поднимается вверх. По мере того, как горячая вода поднимается, холодная вода устремляется ей на смену, что приводит к круговому движению.

3. Кровообращение у теплокровных млекопитающих

Возможно, вы удивитесь, узнав, что теплокровные животные используют конвекцию для регулирования температуры тела.Человеческое сердце представляет собой насос, а кровообращение в организме человека является примером принудительной конвекции. Тепло, выделяемое клетками тела, передается воздуху или воде, обтекающей кожу.

4. Кондиционер

В жаркий летний день постоянно работают кондиционеры. Процесс охлаждения воздуха в кондиционерах основан на принципе конвекции. Холодный воздух выпускается кондиционерами.Теперь этот холодный воздух плотнее теплого воздуха, и, следовательно, он тонет. Теплый воздух, будучи менее плотным, поднимается вверх и всасывается кондиционером. В результате создается конвекционный ток и охлаждается помещение.

5. Радиатор

Даже радиаторы работают по принципу конвекции. Как и в приведенном выше примере с кондиционерами, радиаторы также работают аналогичным образом. В радиаторах нагревательный элемент располагается внизу. Холодный воздух, будучи плотным, опускается и попадает в радиатор; он нагревается и освобождается.Горячий воздух заменяет пространство, оставленное холодным воздухом. Поэтому создается конвекционный ток.

6. Холодильник

Принцип работы холодильников очень похож на принцип работы кондиционеров. Морозильная камера, в случае с холодильниками, располагается вверху. Как было сказано выше, теплый воздух, будучи менее плотным, поднимается вверх и, следовательно, охлаждается морозильной камерой. Теперь этот холодный воздух, будучи более плотным, опускается вниз и, таким образом, охлаждает нижнюю часть холодильника.

7. Поппер горячего воздуха

Аппарат для приготовления попкорна с горячим воздухом также работает по принципу конвекции. Поппер с горячим воздухом имеет вентилятор, вентиляционное отверстие и нагревательный элемент. Когда поппер включен, вентилятор нагнетает воздух на нагревательный элемент через вентиляционное отверстие. Нагревательный элемент, в свою очередь, нагревает воздух; который потом поднимается. Над нагревательным элементом размещаются зерна попкорна. Ядра нагреваются, когда горячий воздух поднимается; следовательно, что приводит к лопанию ядер.

8. Воздушный шар

Причина, по которой воздушные шары способны подниматься вверх, заключается в принципе конвекции. Возможно, вы видели нагреватель у основания воздушного шара. Этот нагреватель нагревает воздух, который движется вверх. Горячий воздух, который поднимается вверх, попадает внутрь воздушного шара и, следовательно, заставляет воздушный шар тоже подниматься вверх. Когда необходимо приземлиться на воздушном шаре, пилот выпускает часть горячего воздуха. Холодный воздух заменяет выпущенный горячий воздух; следовательно, воздушный шар опускается.

9. Горячие напитки

Кто не любит чашку горячего кофе в зимний день? Знаете ли вы, что выделение тепла от дымящейся горячей чашки кофе также происходит по принципу конвекции? Вы могли часто наблюдать пар, выходящий из чашки горячего кофе. Пар в виде теплого воздуха поднимается вверх из-за тепла жидкости. Этот пар передается воздуху.

10. Дожди и грозы

Можно даже наблюдать роль конвекции в осадках и грозах.Посмотрим как? Облака образуются, когда вода в океане нагревается и поднимается вверх. Эти капли теплой воды, в свою очередь, насыщаются, что приводит к образованию облаков. Маленькие облака, которые образуются в результате этого процесса, сталкиваются друг с другом, образуя более крупные облака. Эти большие облака, которые обычно называют кучево-дождевыми, вызывают дожди и грозы.

11. Двигатели с воздушным охлаждением

Двигатели транспортных средств, таких как легковые автомобили, охлаждаются водяными рубашками.Длительная работа двигателей приводит к нагреву воды в водяной рубашке/водяных трубах, окружающих двигатель. Чтобы двигатель работал, вода должна быть охлаждена. Когда вода нагревается, она начинает течь по трубам вокруг двигателя. Когда теплая вода течет по этим трубам, она охлаждается вентиляторами. Эти вентиляторы также присутствуют в трубах. Как только вода остывает, она возвращается в двигатель; следовательно, подчиняясь самому принципу конвекции и охлаждения двигателя.

12. Таяние льда

Таяние льда — еще один пример конвекции. Температура поверхности или границы льда повышается по мере обдува поверхности теплым воздухом; или вода, имеющая более высокую температуру по сравнению со льдом, течет под ним. При изменении температуры поверхности или границы льда лед тает. Подобным образом замороженный материал оттаивает, если его держать в воде.

13. Конвекционная печь

Кто не любит пирожные и печенье? Но знаете ли вы, что в большинстве духовок используется принцип конвекции? В конвекционных печах используется принудительная конвекция.При нагревании молекулы, присутствующие в воздухе, также нагреваются и начинают двигаться. Пища внутри духовки готовится благодаря этому теплому воздуху.

Источники изображений

• бесплатный онлайн-частный-пилот-наземная-школа. com
• суброгацияrecoverylawblog.com
• Flowvella.com
• bestheating.com
• 3.bp.blogspot.com
• i5.walmartimages.ca
• Cradle-cfd.com
• Slideplayer.com
• изображений-на.SSL-изображения-amazon.com
• inabottle.it
• icestories.exploratorium.edu
• ffden-2.phys.uaf.edu

Конвекция

Конвекция

Далее: Радиация
Вверх: Теплопередача
Предыдущий: Проводка

Конвекция

Конвекция – это поток тепла через объемное, макроскопическое
перемещение вещества из горячей области в холодную, в отличие от
к микроскопическому переносу тепла между атомами, участвующими в
проводимость.Предположим, мы рассматриваем нагрев локальной области воздуха.
Когда этот воздух нагревается, молекулы распространяются, в результате чего эта область
стать менее плотным, чем окружающий ненагретый воздух. По причинам
обсуждалось в
предыдущий раздел, будучи
менее плотный, чем окружающий более холодный воздух, горячий воздух впоследствии будет подниматься вверх
за счет выталкивающих сил — это движение горячих
тогда говорят, что воздух в более холодную область передает тепло конвекцией.

Нагрев кастрюли с водой на плите — хороший пример передачи
нагрев конвекцией.При первом включении печи тепло передается
сначала проводимостью между элементом через дно горшка
к воде. Однако в конце концов вода начинает пузыриться — эти
пузыри на самом деле локальные области горячей воды, поднимающейся на поверхность,
тем самым передавая тепло от горячей воды внизу к охладителю
вода вверху за счет конвекции. В то же время более холодная и плотная вода
наверху опустится на дно, где впоследствии нагревается.
Эти конвекционные потоки показаны на следующем рисунке.

Рисунок 8.3:
Конвекционные потоки в кипящей воде

Рассмотрим теперь две области, разделенные барьером,
один при более высоком давлении по сравнению с другим, а затем
снимите барьер, как показано на следующем рисунке.
Эти конвекционные потоки показаны на следующем рисунке.

Рисунок 8.4:
Течение материала через перепад давления

Когда барьер удален, материал под высоким давлением
(высокая плотность) будет перетекать в область низкого давления (низкая плотность)
площадь. Если изначально область низкого давления
создается путем нагревания материала, видно, что движение материала
таким образом, это пример теплового потока путем конвекции.

Важный пример конвекционных течений, который можно интерпретировать в
этим способом является создание бризов над массивами суши рядом с
большие водоемы. Вода обладает большей теплоемкостью, чем суша,
и впоследствии лучше держит тепло. Поэтому требуется больше времени для
изменить свою температуру в сторону повышения или понижения.Таким образом, в течение дня воздух
над водой будет холоднее, чем над сушей. Это создает
область низкого давления над землей по сравнению с областью высокого давления
над водой, а затем можно обнаружить ветерок, дующий с
воды на землю. С другой стороны, ночью вода остывает.
медленнее, чем земля, и воздух
над водой немного теплее, чем над сушей. Это создает
область низкого давления над водой относительно высокого давления
площадь над землей, и ветры будут дуть с земли на воду.Они показаны на следующем рисунке.

Рисунок 8.5:
Формирование бризов вблизи крупных водоемов

---

Далее: Радиация
Вверх: Теплопередача
Предыдущий: Проводка

[email protected]
1999-09-29

Общие сведения о теплообменниках — типы, конструкции, области применения и руководство по выбору

Крупный план части теплообменника вода-воздух.

Изображение предоставлено: Алаэттин ЙИЛДИРИМ/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 жидкостей, или прямой поток жидкости. контакт. Другие конструктивные характеристики, включая конструкционные материалы и компоненты, механизмы теплопередачи и конфигурации потока, также помогают классифицировать и классифицировать типы доступных теплообменников.Эти теплообменные устройства, находящие применение в самых разных отраслях промышленности, разработаны и изготовлены для использования как в процессах нагрева, так и в процессах охлаждения.

В этой статье основное внимание уделяется теплообменникам, изучению различных доступных конструкций и типов и объяснению их соответствующих функций и механизмов. Кроме того, в этой статье изложены соображения по выбору и общие области применения для каждого типа теплообменного устройства.

Термодинамика теплообменника

Конструкция теплообменника представляет собой 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: проводимости, конвекции и излучения. В разделах ниже представлен обзор каждого из этих режимов теплопередачи.

Проводка

Теплопроводность — это передача тепловой энергии между материалами, находящимися в контакте друг с другом. Температура — это мера средней кинетической энергии молекул в материале: более теплые объекты (находящиеся при более высокой температуре) демонстрируют большее молекулярное движение.Когда более теплый объект соприкасается с более холодным объектом (тот, который имеет более низкую температуру), между двумя материалами происходит передача тепловой энергии, при этом более холодный объект получает больше энергии, а более теплый объект становится менее заряженным. 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 собой количество тепла, переданного через материал за время t , ΔT представляет собой разность температур между одной и другой сторонами материала (температурный градиент), A представляет собой площадь поперечного сечения материала, 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 вещества обычно имеют самые высокие значения.

Конвекция

Конвекция — это передача тепловой энергии от поверхности посредством движения нагретой жидкости, такой как воздух или вода.Большинство жидкостей расширяются при нагревании и, следовательно, 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 к полу. Этот процесс создает естественный или свободный конвекционный поток. Конвекция также может происходить за счет того, что называется принудительной или вспомогательной конвекцией, например, когда нагретая вода прокачивается по трубе, например, в водяной системе отопления.

Для свободной конвекции скорость передачи тепла выражается законом охлаждения Ньютона:

 

 

Где Q-точка — скорость теплопередачи, ч _c — коэффициент конвективной теплопередачи, A — площадь поверхности, на которой происходит процесс конвекции, ΔT — разность температур между поверхность и жидкость. Коэффициент конвективной теплопередачи h _c является функцией свойств жидкости, подобно 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, тепловое излучение не требует наличия промежуточной среды для переноса волновой энергии. Все объекты, температура которых выше абсолютного нуля (-273,15 ^o С), излучают тепловое излучение в типично широком спектральном диапазоне.

Чистая скорость потери тепла излучением может быть выражена с помощью закона Стефана-Больцмана следующим образом:

 

где Q — теплопередача в единицу времени, T _h — температура горячего объекта (в абсолютных единицах, ^o K), T _c — температура более холодного окружения (также в абсолютных единицах, ^o К), σ — постоянная Стефана-Больцмана (значение которой равно 5.6703 x 10 ^-8 Вт/м ² K ⁴ ). Термин, представленный 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, лежащие в основе 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 определяют передачу 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 по развитию, не только выражает тепловое равновесие как переходное свойство, но также определяет понятие температуры и устанавливает ее как измеримое свойство термодинамических систем.
• Первый закон термодинамики основывается 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 преобразования энергии, по существу гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только передана в другую термодинамическую систему или преобразована в другую форму (например, в другую форму). г., тепло или работа).

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

  6

  6

  6
  

• 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 можно проиллюстрировать следующим уравнением, где ΔS представляет собой изменение энтропии, ΔQ представляет собой изменение тепла, подведенного к системе, а T  представляет собой абсолютную температуру:

  Он также используется для объяснения тенденции двух изолированных систем, когда они взаимодействуют и свободны от всех других влияний, двигаться к термодинамическому равновесию. Как установлено вторым законом, энтропия может только увеличиваться, но никогда не уменьшаться; следовательно, каждая система по мере увеличения энтропии неизменно движется к наибольшему значению, достижимому для указанной системы.При этом значении система достигает состояния равновесия, при котором энтропия больше не может ни увеличиваться (поскольку она максимальна), ни уменьшаться, поскольку это действие нарушило бы второй закон. Следовательно, возможны только те системные изменения, при которых энтропия не претерпевает изменений (т. Е. Отношение количества тепла, добавляемого или отводимого в систему, 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 взаимодействию. двигаться к тепловому равновесию.Таким образом, теплообменники работают, позволяя жидкости с более высокой температурой ( F ₁ ) взаимодействовать — прямо или косвенно — с жидкостью с более низкой температурой ( F ₂ ), что позволяет тепла для передачи от F ₁ к F ₂  для достижения равновесия. Этот перенос тепла приводит к снижению температуры для F ₁ и повышению температуры для F ₂ .В зависимости от того, направлено 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.

Характеристики конструкции теплообменника

Как указано выше, все теплообменники работают по одним и тем же основным принципам. Однако эти устройства можно классифицировать и классифицировать несколькими различными способами в зависимости от их конструктивных характеристик. Основные характеристики, по которым можно классифицировать теплообменники, включают:

• Конфигурация потока
• Способ изготовления
• Механизм теплопередачи

Конфигурация потока

Конфигурация потока, также называемая схемой потока теплообменника, относится к направлению движения жидкостей внутри теплообменника по отношению друг к другу.В теплообменниках используются четыре основные конфигурации потока:

• Прямоток
• Противоток
• Поперечный поток
• Гибридный поток

Прямоток

Прямоточные теплообменники , также называемые прямоточными теплообменниками, представляют собой теплообменные устройства, в которых жидкости движутся параллельно и в одном направлении друг с другом. Хотя эта конфигурация обычно приводит к более низкой эффективности, чем конфигурация с противотоком, она также обеспечивает наибольшую тепловую однородность по стенкам теплообменника.

Противоточный поток

Противоточные теплообменники , также известные как противоточные теплообменники, сконструированы таким образом, что жидкости движутся антипараллельно (т. е. параллельно, но в противоположных направлениях) друг другу внутри теплообменника. Противоточная конфигурация, наиболее часто используемая из конфигураций потока, обычно демонстрирует наивысшую эффективность, поскольку она обеспечивает наибольшую передачу тепла между жидкостями и, следовательно, наибольшее изменение температуры.

Поперечный поток

В теплообменниках с перекрестным потоком жидкости текут перпендикулярно друг другу. Эффективность теплообменников, в которых используется эта конфигурация потока, находится между эффективностью противоточных и прямоточных теплообменников.

Гибридный поток

Теплообменники с гибридным потоком демонстрируют некоторую комбинацию характеристик ранее упомянутых конфигураций потока. Например, в конструкциях теплообменников может использоваться несколько проходов и устройств (например,г. , как противоточные, так и перекрестные схемы) в одном теплообменнике. Эти типы теплообменников обычно используются для учета ограничений приложения, таких как пространство, бюджетные затраты или требования к температуре и давлению.

На рис. 1 ниже показаны различные доступные конфигурации потока, включая конфигурацию с перекрестным/встречным потоком, которая является примером конфигурации с гибридным потоком.

Рис. 1. Конфигурации потока теплообменника

Способ изготовления

В то время как в предыдущем разделе теплообменники классифицировались на основе типа используемой конфигурации потока, в этом разделе они классифицируются на основе их конструкции.Конструктивные характеристики, по которым можно классифицировать эти устройства, включают:

• Рекуперативный и регенеративный
• Прямое и непрямое
• Статическая и динамическая
• Типы используемых компонентов и материалов

Рекуперативный и регенеративный

Теплообменники можно классифицировать как рекуперативные теплообменники и регенеративные теплообменники.

Разница между рекуперативными и регенеративными теплообменными системами заключается в том, что в рекуперативных теплообменных аппаратах (обычно называемых рекуператорами) каждая жидкость одновременно протекает по собственному каналу внутри теплообменника.С другой стороны, регенеративные теплообменники , также называемые емкостными теплообменниками или регенераторами, позволяют попеременно протекать более теплым и более холодным текучим средам через один и тот же канал. И рекуператоры, и регенераторы могут быть дополнительно разделены на различные категории теплообменников, такие как прямые или непрямые, статические или динамические, соответственно. Из двух указанных типов рекуперативные теплообменники чаще используются в промышленности.

Прямое и косвенное

В рекуперативных теплообменниках используются процессы прямого или непрямого контакта для обмена теплом между жидкостями.

В теплообменниках прямого контакта жидкости не разделяются внутри устройства и 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 проходит через теплообменник, а затем передают тепло более холодной жидкости, когда она проходит через теплообменник.Некоторые из устройств, в которых используются процессы прямого контактного переноса, включают градирни и паровые инжекторы, а устройства, в которых используются процессы непрямого 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, когда жидкости проходят через устройство, в то время как в динамических регенераторах материал и компоненты перемещаются на протяжении всего процесса теплопередачи. Оба типа подвержены риску перекрестного загрязнения между потоками жидкости, что требует тщательного проектирования во время производства.

В одном примере статического типа более теплая жидкость проходит через один канал, а более холодная жидкость проходит через другой в течение фиксированного периода времени, в конце которого с помощью быстродействующих клапанов поток меняет направление таким образом, что два жидкости переключают каналы. В примере динамического типа обычно используется вращающийся теплопроводный компонент (например,г., барабан), через который непрерывно протекают более теплые и более холодные жидкости, хотя и в отдельных, герметичных секциях. Когда компонент вращается, любая данная секция попеременно проходит через более теплый пар и более холодные потоки, позволяя компоненту поглощать тепло от более теплой жидкости и передавать тепло более холодной жидкости по мере ее прохождения. На рис. 2 ниже показан процесс теплопередачи в регенераторе роторного типа с противоточной конфигурацией.

Рисунок 2 – Теплопередача 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 изготовления теплообменников, включают кожухи, трубы, спиральные трубы (змеевики), пластины, ребра и адиабатические колеса. Более подробная информация о том, как эти компоненты функционируют в теплообменнике, будет представлена ​​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 предложить большие преимущества в зависимости от требований приложения теплопередачи.

Рисунок 3 – Классификация теплообменников по конструкции

Примечания: * Теплообменные устройства, перечисленные под классификациями конструкции, являются лишь небольшой выборкой из имеющихся.
**Изображенная классификация приведена на сайте Thermopedia.com.

Механизм теплопередачи

В теплообменниках используются два типа механизмов теплопередачи: однофазный и двухфазный теплообмен.

В однофазных теплообменниках жидкости не претерпевают никаких фазовых переходов в процессе теплопередачи, а это означает, что как более теплые, так и более холодные жидкости остаются в том же состоянии вещества, в котором они поступили в теплообменник.Например, в системах теплопередачи вода-вода более теплая вода теряет тепло, которое затем передается более холодной воде и не переходит в газообразное или твердое состояние.

С другой стороны, в двухфазных теплообменниках жидкости претерпевают фазовый переход в процессе теплопередачи. Фазовый переход может происходить в одной или обеих участвующих текучих средах, что приводит к переходу от жидкости к газу или от газа к жидкости. Как правило, устройства, использующие двухфазный механизм теплопередачи, требуют более сложных конструктивных решений, чем устройства, использующие однофазный механизм теплопередачи.Некоторые из типов доступных двухфазных теплообменников включают бойлеры, конденсаторы и испарители.

Типы теплообменников

В зависимости от указанных выше конструктивных характеристик имеется несколько различных вариантов теплообменников. Некоторые из наиболее распространенных вариантов, используемых в промышленности, включают:

• Кожухотрубчатые теплообменники
• Двухтрубные теплообменники
• Пластинчатые теплообменники
• Конденсаторы, испарители и бойлеры

Кожухотрубчатые теплообменники

Наиболее распространенный тип теплообменников, кожухотрубные теплообменники состоят из одной трубы или ряда параллельных труб (т. пучок труб), заключенный в герметичный цилиндрический сосуд высокого давления (т. е. кожух). Конструкция этих устройств такова, что одна жидкость течет через меньшую трубку (трубки), а другая жидкость течет вокруг ее / их внешней (их) и между ней / ними внутри герметичной оболочки. Другие конструктивные характеристики, доступные для этого типа теплообменника, включают оребренные трубы, одно- или двухфазный теплообмен, противоточные, прямоточные или перекрестные схемы, а также одно-, двух- или многоходовые конфигурации.

Некоторые из доступных типов кожухотрубных теплообменников включают теплообменники со спиральными змеевиками и теплообменники с двойной трубой, а некоторые из применений включают предварительный нагрев, охлаждение масла и производство пара.

Крупный план пучка труб трубчатого теплообменника.

Изображение предоставлено: Антон Москвитин/Shutterstock.com

Двухтрубные теплообменники

Форма кожухотрубного теплообменника. В двухтрубных теплообменниках используется простейшая конструкция и конфигурация теплообменника, состоящая из двух или более концентрических цилиндрических труб или трубок (одна трубка большего размера и одна или несколько трубок меньшего размера).В соответствии с конструкцией кожухотрубного теплообменника одна жидкость течет через меньшую трубу (трубы), а другая жидкость течет вокруг меньшей трубы (трубок) внутри большей трубы.

Требования к конструкции двухтрубных теплообменников включают характеристики рекуперативного и непрямого контактных типов, упомянутых ранее, поскольку жидкости остаются разделенными и текут по своим каналам на протяжении всего процесса теплопередачи. Тем не менее, существует некоторая гибкость в конструкции двухтрубных теплообменников, поскольку они могут быть спроектированы с прямотоком или противотоком и использоваться модульно в последовательных, параллельных или последовательно-параллельных конфигурациях в системе.Например, на Рисунке 4 ниже показана передача тепла в изолированном двухтрубном теплообменнике с прямоточной конфигурацией.

Рис. 4. Теплопередача в двухтрубном теплообменнике

Пластинчатые теплообменники

Также называемые пластинчатыми теплообменниками, пластинчатые теплообменники состоят из нескольких тонких гофрированных пластин, соединенных вместе. Каждая пара пластин создает канал, по которому может течь одна жидкость, а пары укладываются друг на друга и соединяются болтами, пайкой или сваркой, так что между парами создается второй проход, по которому может течь другая жидкость.

Стандартная пластинчатая конструкция также доступна с некоторыми вариантами, например, с пластинчато-ребристыми или подушечными пластинчатыми теплообменниками. Пластинчато-ребристые теплообменники используют ребра или прокладки между пластинами и допускают 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 кожуховые и спиральные пластинчатые теплообменники.

Крупный план пластинчатого теплообменника.

Изображение предоставлено withGod/Shutterstock.com

Конденсаторы, испарители и бойлеры

Бойлеры, конденсаторы и испарители представляют собой теплообменники, в которых используется двухфазный механизм теплопередачи. Как упоминалось ранее, в двухфазных теплообменниках одна или несколько жидкостей претерпевают фазовый переход в процессе теплопередачи, либо из жидкости в газ, либо из газа в жидкость.

Конденсаторы представляют собой теплообменные устройства, в которых нагретый газ или пар охлаждаются до точки конденсации, превращая газ или пар в жидкость.С другой стороны, в испарителях и котлах процесс теплопередачи изменяет текучую среду из жидкой формы в газообразную или парообразную.

Другие варианты теплообменника

Теплообменники

используются в различных областях промышленности. Следовательно, имеется несколько вариантов теплообменников, каждый из которых подходит для требований и спецификаций конкретного применения. Помимо вариантов, упомянутых выше, доступны другие типы, включая теплообменники с воздушным охлаждением, теплообменники с вентиляторным охлаждением и теплообменники с адиабатическими колесами.

Рекомендации по выбору теплообменника

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

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

• Тип жидкости, поток жидкости и их свойства
• Желаемая тепловая мощность
• Ограничения по размеру
• Затраты

Тип жидкости, поток и свойства

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

Например, если речь идет о агрессивных, высокотемпературных средах или жидкостях под высоким давлением, конструкция теплообменника должна выдерживать высокие нагрузки в течение всего процесса нагрева или охлаждения. Одним из способов выполнения этих требований является выбор конструкционных материалов, обладающих желаемыми свойствами: графитовые теплообменники обладают высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью, керамические теплообменники могут выдерживать температуры выше, чем температуры плавления многих широко используемых металлов, а пластиковые теплообменники обеспечивают недорогая альтернатива, сохраняющая умеренную степень коррозионной стойкости и теплопроводности.

Керамический теплообменник

Изображение предоставлено CG Thermal

Другой метод заключается в выборе конструкции, подходящей для свойств жидкости: пластинчатые теплообменники способны работать с жидкостями от низкого до среднего давления, но с более высокими скоростями потока, чем другие типы теплообменников, а двухфазные теплообменники необходимы при работе с жидкостями, которые требуют фазового перехода на протяжении всего процесса теплопередачи. Другие свойства жидкости и потока жидкости, которые специалисты отрасли могут учитывать при выборе теплообменника, включают вязкость жидкости, характеристики загрязнения, содержание твердых частиц и наличие водорастворимых соединений.

Тепловые выходы

Тепловая мощность теплообменника относится к количеству тепла, передаваемого между жидкостями, и соответствующему изменению температуры в конце процесса теплопередачи. Перенос тепла внутри теплообменника приводит к изменению температуры обеих жидкостей, понижая температуру одной жидкости по мере отвода тепла и повышая температуру другой жидкости по мере добавления тепла. Желаемая тепловая мощность и скорость теплопередачи помогают определить оптимальный тип и конструкцию теплообменника, поскольку некоторые конструкции теплообменников обеспечивают более высокую скорость теплопередачи и могут выдерживать более высокие температуры, чем другие конструкции, хотя и по более высокой цене.

Ограничения по размеру

После выбора оптимального типа и конструкции теплообменника распространенной ошибкой является покупка слишком большого для данного физического пространства. Часто более разумно приобрести теплообменное устройство такого размера, который оставляет место для дальнейшего расширения или добавления, а не выбирать устройство, которое полностью охватывает пространство. Для приложений с ограниченным пространством, например, в самолетах или автомобилях, компактные теплообменники обеспечивают высокую эффективность теплопередачи в более компактных и легких решениях.Имеются несколько вариантов этих теплообменных устройств, характеризующихся высоким отношением площади поверхности теплопередачи к объему, включая компактные пластинчатые теплообменники. Как правило, эти устройства имеют отношение ≥700 м ² / м ³ для приложений газ-газ и ≥400 м ² / м газовые приложения.

Затраты

В стоимость теплообменника входит не только начальная цена оборудования, но и затраты на установку, эксплуатацию и техническое обслуживание в течение всего срока службы устройства.Несмотря на то, что необходимо выбрать теплообменник, который эффективно соответствует требованиям приложений, также важно помнить об общих затратах на выбранный теплообменник, чтобы лучше определить, стоит ли устройство инвестиций. Например, изначально дорогой, но более прочный теплообменник может привести к снижению затрат на техническое обслуживание и, следовательно, к меньшим общим затратам в течение нескольких лет, в то время как более дешевый теплообменник может быть изначально менее дорогим, но требовать нескольких ремонтов и замен. в тот же период времени.

Оптимизация дизайна

Проектирование оптимального теплообменника для данного применения (с конкретными спецификациями и требованиями, как указано выше) включает определение изменения температуры жидкостей, коэффициента теплопередачи и конструкции теплообменника и соотнесение их со скоростью теплопередачи. . Две основные проблемы, возникающие при достижении этой цели, — расчет номинала и размера устройства.

Рейтинг относится к расчету тепловой эффективности (т.е., КПД) теплообменника данной конструкции и размера, включая скорость теплопередачи, количество тепла, передаваемого между жидкостями, и соответствующее изменение их температуры, а также общее падение давления в 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 компонентов и их расположение, и Т. Д., для приложения с заданными спецификациями и требованиями процесса. Конструктивные характеристики теплообменника, например, конфигурация потока, материал, элементы конструкции и геометрия и т. д., влияют как на номинальные параметры, так и на расчеты размеров. В идеале, оптимальная конструкция теплообменника для применения находит баланс (с коэффициентами, оптимизированными в соответствии с указаниями проектировщика) между номиналом и размером, который удовлетворяет спецификациям и требованиям процесса 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 различных отраслях промышленности, в том числе:

В приведенной ниже Таблице 1 указаны некоторые распространенные отрасли и области применения ранее упомянутых типов теплообменников.

Таблица 1 – Отрасли и области применения теплообменников по типу

Тип теплообменника	Общие отрасли промышленности и применения
Кожух и трубка	Переработка нефти Предварительный подогрев Масляное охлаждение Генерация пара Рекуперация тепла продувки котла Системы улавливания паров Промышленные системы окраски
Двойная труба	Промышленные процессы охлаждения Требования к малой площади теплопередачи
Пластина	Криогенный Пищевая промышленность Химическая обработка Печи Водяное охлаждение с замкнутого контура на разомкнутый
Конденсаторы	Процессы дистилляции и очистки Электростанции Охлаждение ОВКВ Химическая обработка
Испарители/бойлеры	Процессы дистилляции и очистки Паровозы Охлаждение ОВКВ
С воздушным/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 ОВКВ Аэрокосмическая отрасль
Компактный	Ограниченное пространство (например,г. , самолеты и автомобили) Масляное охлаждение Автомобилестроение Криогеника Охлаждение электроники

Резюме

Это руководство дает общее представление о теплообменниках, доступных конструкциях и типах, их применении и соображениях по использованию. Дополнительную информацию о покупке 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 поиска поставщиков Thomas, 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/Котлы-Испарители-Конденсаторы-Kakac

Прочие теплообменники Артикул

Больше из технологического оборудования

Как передается тепло? Проводимость — Конвекция — Излучение

Что такое тепло?

Вся материя состоит из молекул и атомов. Эти атомы всегда находятся в разных видах движения (поступательном, вращательном, колебательном). Движение атомов и молекул создает тепло или тепловую энергию.Вся материя обладает этой тепловой энергией. Чем большее движение имеют атомы или молекулы, тем больше тепла или тепловой энергии они будут иметь.

Это анимация, сделанная из короткого молекулярно-динамикового
имитация воды. Зеленые линии представляют собой водородные связи между кислородом и
водород. Обратите внимание на плотную структуру воды

Водородные связи
намного слабее, чем ковалентная связь. Однако при большом количестве водорода
облигации действуют в унисон, они окажут сильный сопутствующий эффект.В этом случае
в воде показано здесь.

Жидкая вода частично заказана
структура, в которой постоянно образуются и распадаются водородные связи.
Из-за короткого промежутка времени (порядка нескольких пикосекунд) мало связей

Что такое температура?

Из приведенного выше видео, показывающего движение атомов и молекул, видно, что одни из них движутся быстрее, чем другие. Температура – ​​это среднее значение энергии для всех атомов и молекул в данной системе.Температура не зависит от количества вещества в системе. Это просто среднее значение энергии в системе.

Как передается тепло?

Тепло может перемещаться из одного места в другое тремя способами: проводимостью, конвекцией и излучением. И теплопроводность, и конвекция требуют вещества для передачи тепла.

Если между двумя системами существует разница температур, тепло всегда найдет способ перейти от более высокой системы к более низкой.

ПРОВОДНИК- —

Теплопроводность – это передача тепла между веществами, находящимися в непосредственном контакте друг с другом. Чем лучше проводник, тем быстрее будет передаваться тепло. Металл хорошо проводит тепло. Проводимость возникает, когда вещество нагревается, частицы получают больше энергии и сильнее вибрируют. Затем эти молекулы сталкиваются с соседними частицами и передают им часть своей энергии.Затем это продолжается и передает энергию от горячего конца к более холодному концу вещества.

КОНВЕКЦИЯ —

Тепловая энергия передается от горячих мест к холодным путем конвекции. Конвекция возникает, когда более теплые области жидкости или газа поднимаются к более холодным областям жидкости или газа. Более холодная жидкость или газ занимают место более теплых областей, которые поднялись выше. Это приводит к непрерывной схеме циркуляции.Вода, кипящая в кастрюле, является хорошим примером этих конвекционных потоков. Другой хороший пример конвекции находится в атмосфере. Поверхность земли нагревается солнцем, теплый воздух поднимается вверх, а холодный поступает внутрь.

ИЗЛУЧЕНИЕ- —

Излучение — это метод теплопередачи, который не зависит от какого-либо контакта между источником тепла и нагретым объектом, как в случае теплопроводности и конвекции. Тепло может передаваться через пустое пространство с помощью теплового излучения, часто называемого инфракрасным излучением.Это тип электромагнитного излучения . В процессе излучения не происходит обмена масс и не требуется никакой среды. Примерами излучения является тепло от солнца или тепло, выделяемое нитью накаливания лампочки.

 

ИСТОЧНИКИ И ВЫБОР ЧИТАТЕЛЯ —

Тепло и температура от Cool Cosmo — НАСА

Вот хороший апплет, показывающий движение молекул – вы можете контролировать температуру и видеть в этом апплете, как меняются движения молекул.

Важные температуры в кулинарии и кулинарных навыках

Конвекция | Управление климата Северной Каролины

Конвекция — это передача тепла посредством движения жидкостей и газов.

Какое мне дело?   Конвекция иногда является причиной образования гроз, и эти грозы летом могут стать причиной обильных дождей для производителей. Конвекция также способствует эффекту охлаждения ветром, что может представлять опасность для людей, работающих на улице в холодные ветреные дни.

Я уже должен быть знаком с : Температура

 

---

Рисунок A. Термическое формование и подъем. (Изображение из Университета Северного Вермонта)

Конвекция — это передача тепла из более теплой области в более холодную путем перемещения теплой жидкости или газа из нагретой области в ненагретую. В кипящем котле с водой горячая вода со дна горшка поднимается на поверхность, что приводит к появлению пузырьков нагретой воды, а иногда и пара, видимого на поверхности.В метеорологии конвекцию часто связывают с подъемом воздуха и облаков, а иногда и с грозами. Поднимающийся воздух охлаждается по мере того, как достигает более низкого давления, и может достичь точки, в которой водяной пар в воздухе конденсируется и образует облака. Эти восходящие столбы воздуха называются «термиками». Над этими восходящими столбами воздуха часто образуются кучевые облака хорошей погоды. Иногда грозы могут образовываться там, где много водяного пара и нагрева. Возможно, вы слышали, как метеоролог по телевидению упомянул дневную конвекцию, приводящую к грозам в жаркие летние дни.

Рисунок B. Подъем и опускание воздуха возле обогревателя.

 

Конвекция не ограничивается только метеорологией. На самом деле, многие из наших повседневных действий включают или наблюдают конвекцию. Например, если вы пьете кофе (или любой другой горячий напиток), вы можете заметить пар, поднимающийся от вашего горячего напитка. В этом случае мы можем визуально наблюдать конвекцию, когда пар передает тепло воздуху. Другим примером может быть обогреватель зимой. Обогреватель выпускает теплый воздух, который поднимается вверх по комнате (рис. B).Теплый воздух в конечном итоге остынет и опустится на дно комнаты, а затем снова попадет в обогреватель. Со временем этот процесс будет нагревать и перемешивать воздух, пока нагреватель остается включенным.

 

 

Какое отношение это имеет к сельскому хозяйству?

Рисунок C: Табак дымовой сушки (Изображение от Бриджит Ласситер)

 

 

Конвекция отвечает за многие естественные процессы, которые мы наблюдаем в природе каждый день. Например, конвекция может воздействовать на слои тумана, которые часто наблюдаются прохладным осенним утром, когда воздух у поверхности теплее, чем атмосферный воздух выше. Дым, поднимающийся от огня, также может указывать на наличие токов проводимости, когда нагретый воздух поднимается вверх. Кроме того, старые табачные амбары дымовой сушки работали по принципу конвекции, когда нагретый воздух из табака поднимался по воздуху, чтобы высушить висящий табак (рис. C). Конвекция воздуха также является фактором охлаждения теплых тел зимой, когда холодный воздух соприкасается с кожей, а тепло отводится конвекцией, что может привести к переохлаждению и обморожению при сильном ветре.

 

Хотите узнать больше? Проводимость, излучение

 

Ссылки на национальные стандарты естественнонаучного образования:

Естествознание для 5-го класса:  5.P.3.1: Объясните эффекты передачи тепла (при прямом контакте или на расстоянии), которая происходит между объектами при разных температурах. (проводимость, конвекция или излучение).

Естествознание 7-го класса:  7.E.1.5 : Объясните влияние конвекции, глобальных ветров и струйных течений на погодные и климатические условия.

Науки о Земле: EEn.1.1.4 : Объясните, как поступающая солнечная энергия делает возможной жизнь на Земле. (добавочный номер)

Физические науки: PSc.3.1.1: объяснить тепловую энергию и ее перенос.

 

---

Упражнения, сопровождающие приведенную выше информацию:

Упражнение:   Конвекция. Моделирование движения воздуха   (ссылка на исходное задание).

Инструкции по настройке для учителя

Упражнение для учащихся: документ в формате pdf документ в формате Word

Описание: В этом упражнении показано, как течения движутся в воде с использованием пищевого красителя, горячей и холодной воды.Это моделирует, как воздух может действовать как жидкость. Студенты полностью поймут процесс конвекции и то, как тепло передается посредством этого процесса.

Отношения к темам: Конвекция, общая циркуляция атмосферы, циркуляции океана

Activity:

0 Активность:

0 Конвекционная расхождение Мероприятие

1

Описание: Эта деятельность представляет собой демонстрацию конвекции и потенциально водных токов, которые должны проводится перед учащимися, чтобы учащиеся могли подумать о том, что происходит во время этого занятия.Вначале действие не полностью объясняется учащимся, а вместо этого ставится перед ними, чтобы создать мысль. Эта деятельность может быть открытием для передачи тепла посредством конвекции.

Отношения к темам: Конвекция, океанская циркуляция

Activity:

0 Energy WebQuest

Студенческая активность: PDF Документ, слово Документ

Описание: В этой деятельности студенты просматривают несколько сайтов, которые ходить их через слои атмосферы и перенос энергии в атмосфере.

Отношения к темам:  Структура атмосферы, проводимость, конвекция, излучение

Конвекционные печи – обзор

20.7 Радиочастотные идентификационные метки (RFID) и потенциальные будущие приложения других умных/интеллектуальных технологий

Технология RFID делает не подпадают ни под классификацию датчиков, ни под индикаторы, а скорее представляют собой отдельную электронную форму интеллектуальной упаковки, основанную на информации. RFID использует метки, прикрепленные к активам (скоту, контейнерам, поддонам и т. д.).) для передачи точной информации в режиме реального времени в информационную систему пользователя. RFID является одной из многих технологий автоматической идентификации (группа, в которую входят штрих-коды) и предлагает ряд потенциальных преимуществ для мясной промышленности, распределения и розничной сети. К ним относятся прослеживаемость, управление запасами, сокращение трудозатрат, безопасность и продвижение качества и безопасности (Mousavi and Sarhadi, 2002). Предотвращение отзыва продукции также считается важной ролью технологии RFID (Kumar and Budin, 2006).Технология RFID доступна уже около 40 лет, хотя ее широкое применение в упаковке появилось сравнительно недавно.

На самом базовом уровне метка RFID содержит крошечный транспондер и антенну с уникальным номером или буквенно-цифровой последовательностью; метка реагирует на сигналы, полученные от антенны считывателя, и передает свой номер обратно считывателю. Хотя метки относительно просты, с помощью программного обеспечения для отслеживания можно получить гораздо более точную информацию об инвентаризации, чем штрих-коды или системы входа человека.Метки RFID имеют преимущество перед штрих-кодированием в том, что метки могут быть встроены в контейнер или упаковку без неблагоприятного воздействия на данные. Метки RFID также обеспечивают возможность бесконтактного сбора данных вне прямой видимости в режиме реального времени и могут проникать в неметаллические материалы, включая биоматериалы (Mennecke and Townsend, 2005). Метки RFID могут содержать простую информацию (например, идентификационные номера) для отслеживания или могут нести более сложную информацию (с емкостью памяти в настоящее время до 1 МБ), такую ​​как данные о температуре и относительной влажности, информация о питании, инструкции по приготовлению и т. д.Теги только для чтения и для чтения/записи также доступны в зависимости от требований рассматриваемого приложения.

Метки можно разделить на два типа: активные метки работают от батареи, передают сигнал на считыватель RFID и работают на расстоянии примерно до 50 м. Пассивные метки имеют более короткий диапазон считывания (примерно до 5 м) и питаются от энергии, подаваемой считывателем (что дает им практически неограниченный срок службы).

Распространенный диапазон частот RFID от низких (~ 125 кГц) до УВЧ (850–900 МГц) и микроволновых частот (~ 2,5 кГц).45 ГГц). Низкочастотные метки дешевле, потребляют меньше энергии и лучше проникают в неметаллические объекты. Эти метки наиболее подходят для использования с мясными продуктами, особенно там, где метки могут быть скрыты самим мясом, и идеально подходят для сканирования объектов с высоким содержанием воды с близкого расстояния.

Затраты на RFID быстро снижаются по мере того, как крупные компании, такие как Wal-Mart, 7-Eleven и Marks & Spencers, внедряют эту технологию. В настоящее время стоимость пассивных RFID-меток колеблется примерно от 0 долларов США.50–1 доллар. Чтобы технология была действительно конкурентоспособной, по оценкам аналитиков, метки должны стоить менее 0,05 доллара (другие — менее 0,01 доллара) (Want, 2004). Ожидается, что со временем стоимость меток упадет до уровня 0,01 доллара за метку (Mennecke and Townsend, 2005). Инициативы по установлению официальных стандартов также должны способствовать дальнейшему снижению стоимости систем RFID.

RFID начинает использоваться в ряде стран для отслеживания отдельных животных (в основном крупного рогатого скота) от рождения до перерабатывающего предприятия.Ключ к отслеживаемости отдельных животных заключается в способности последовательно и точно передавать информацию о животных в части животного во время производства. Системы слежения на основе RFID обеспечивают автоматизированный метод значительного вклада в этот обмен информацией (Townsend and Mennecke, 2008). В настоящее время пищевые продукты на основе мышечной массы с индивидуальной RFID-меткой недоступны потребителю (насколько известно автору), хотя использование RFID-маркировки мясных отрубов расширилось, по крайней мере в одном случае, на переработку свиней. промышленность (http://www.flagshipfoods.co.uk/dalehead) от отдельной свиньи до ее первичных кусков, то есть ветчины. Hedgepeth (2005) описал, как метки RFID использовались на поддонах с рыбой, экспортируемой с Аляски, в качестве средства проверки происхождения, хранения и транспортировки. В настоящее время SINTEF проводит испытания в Норвегии для мониторинга контролируемого перемещения суперохлажденного ягненка от убоя до хранения в розничной торговле с использованием RFID. Хотя целью этих схем отслеживания является контроль качества, прослеживаемость и подотчетность, они служат примером развития использования технологии RFID в индустрии мясных продуктов.Хотя внедрение интеллектуальной упаковки продуктов из мяса, птицы и морепродуктов с использованием технологии RFID все еще в значительной степени гипотетично, есть признаки того, что она вряд ли останется таковой еще очень долго.

20.7.1 Разное потенциальное будущее применение других интеллектуальных/интеллектуальных технологий

Интеллектуальное приготовление пищи – это новая инновация в области приготовления пищи, сочетающая возможности приготовления в конвекционной печи с микроволновой печью и приготовлением на гриле. Интеллектуальный процесс приготовления пищи стал возможен благодаря инновациям в умных духовках (напр.g., Samsung BCE 1197), которые могут считывать специальные смарт-коды на упаковке (двумерные штрих-коды). SmartCode сканируется встроенным сканером духовки, и умная духовка преобразует код в инструкции по приготовлению. Каждый код SmartCode содержит уникальный набор инструкций, которые обеспечивают интеллектуальную духовку правильной температурой, мощностью микроволн и временем для идеального и последовательного приготовления пищи (O’Grady and Kerry, 2008). Marks & Spencer’s была одной из первых розничных сетей, которая внедрила эту технологию и применила ее к целому ряду пищевых продуктов на основе мышечной массы.