Теплообменники для параллельного теплообмена
Теплообменники используются в многочисленных технических приложениях. Примерами являются конденсаторы, колонны ректификации, тепловые насосы, системы охлаждения приводных двигателей, системы кондиционирования воздуха, установки для рекуперации энергии, а также системы отопления с термофлюидами. Цель всегда заключается в передаче тепловой энергии от более теплой среды к более холодной. При этом не происходит смешивания веществ сред.
Движущей силой теплопередачи является разница температур. Передаваемая тепловая мощность Q˙ может быть описана в общем виде следующим образом
dQ/dt = dm/dt · cp · ΔT
Q˙= m˙· cp · ΔT
m˙ — массовый расход, cp — удельная теплоемкость, ΔT — изменение температуры среды. Эта формула применима к однофазному потоку с постоянным cp.
В теплообменнике с параллельным потоком обе среды текут в одном направлении вдоль поверхности теплообмена. Наибольшие различия в температуре наблюдаются в зоне входа. Вдоль направления потока температуры обеих сред быстро сближаются. Средняя движущая разница температур становится все меньше.
Для расчета часто используется логарифмическая средняя разница температур. Предпосылки: отсутствие химических реакций и фазовых переходов:
ΔTlm = (ΔT1−ΔT2) / ln (ΔT1 / ΔT2)
Противоположностью теплообменнику с параллельным потоком является теплообменник с противотоком. В теплообменнике с противотоком противоположное направление потока приводит к более высокой средней движущей разнице температур ΔTlm. При одинаковой площади теплообмена и одинаковом коэффициенте теплопередачи это приводит к более высокой тепловой эффективности по сравнению с теплообменником с параллельным потоком.
- ΔTlm — логарифмическая средняя разница температур
- Th,in — температура горячей среды на входе
- Th,out — температура горячей среды на выходе
- Tc,in — температура входа холодного носителя
- Tc,out — температура выхода холодного носителя
- Q˙ — тепловой поток
- Индекс G обозначает противоточный
- Индекс P обозначает параллельный
- Индекс c обозначает холодный
- Индекс h обозначает теплый
- U — общий коэффициент теплопередачи
- A — площадь теплообмена