Топлообменник

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене

Топлообменник се нарича апарат, който служи за предаване на топлина от един топлоносител на друг. Когато задачата на топлообменника е нагряването на даден флуид той се нарича нагревател, в противния случай охладител (хладник). Ако при топлообмена става и фазов преход апарата се нарича (според предназначението на топообменника) изпарител или кондензатор.

Примери за топлообменници, намиращи широко приложение в бита, са радиаторите (автомобилен, домашен, в хладилниците и климатиците), и изпарителя в хладилниците.

Като топлоносители в топлообменниците се използват вещества с голям топлинен капацитет или топлина на изпарение/кондензация. Най-често в практиката се използва вода или водна пара. Други разпространени носители са въздуха, фреоните, силиконово масло а в екзотични случаи може да се използват разтопени метали (натрий). В зависимост от взаимното движение на носителите се различават правоток (двата носителя се движат в една посока) и противоток (двата носителя се движат в противоположни посоки). Топлоносителите може да са разделени с преграда или да имат директен контакт един с друг. Разделянето на флуидите става с материал с висока топлопроводимост. Най-често това е метал (мед, алуминий, стомана), но при специални случаи разделянето може да стане и със стъкло, пластмаса, графит и др.

За да се осъществи топлообмен между носителите е необходимо техните температури да се различават. От практически съображения, за да се постигне по- ефективен топлообмен и по-малки апарати, тази разлика е минимум 5-10°C. Най-често топлоносителите са флуиди (течности и газове/па̀ри). В този случай предаването на топлина от по-горещия флуид към преградата става чрез конвекция. В преградата предаването става чрез топлопроводност, а от преградата към другия (студения) флуид отново чрез конвекция. Сумарният процес се нарича топлопреминаване. Топлинният поток от единия флуид към другия се изчислява по формулата

  \dot {Q} = K \cdot F \cdot \Delta T \ [W]

той е пропорционален на коефициента на топлопреминаване К [W*m-2*K-1], топлообменната повърхност F [m2] и температурната разлика ΔT [K]. Топлообменниците се характеризират със сравнително високи топлообменни площи и коефициенти на топлопреминаване. Коефициентът на топлопреминаване зависи от вида на флуида и нараства с неговата скорост на движение. Тъй като предаването на топлина към газове и (напр. въздух) се характеризира със сравнително ниски стойности на К, топлообменната повърхност от страната на газа се увеличава изкуствено чрез оребряване, а в някои случаи скоростта на газа се увеличава принудително с вентилатор (автомобилни радиатори, климатици и др.).

Разпространени форми на топлообменниците са кожухотръбният топлообменник (предимно в индустрията), радиаторът, серпантината (напр. лабораторен хладник, при варене на ракия), топлообменникът тип тръба в тръба и др.

Кожухотръбен топлообменник
Оребрена радиаторна повърхност
Радиатор комбиниран с вентилатор
Серпантина