Odzysk ciepła – wprowadzenie

Coraz więcej przedsiębiorstw szuka sposobów na odzysk ciepła odpadowego z gazów technologicznych, ponieważ wiąże się to z oszczędnościami na funkcjonowaniu firmy.

Powietrze czy spaliny są przykładami gazów zawierających parę wodną, dlatego w takiej mieszaninie część gazu nie będzie przechodzić przemiany fazowej, natomiast nastąpi skroplenie części (lub całości) pary wodnej.

Gazy, które nie przechodzą przemiany fazowej nazywamy gazem suchym lub inaczej inertnym. Całkowite ciśnienie gazu jest sumą cząstkowego ciśnienia gazu inertnego oraz cząstkowego pary wodnej, w związku z tym pisywane jest, w pewnym zakresie ciśnień, prawem Daltona.

Znajomość ciśnienia pary wodnej pozwala określić temperaturę nasycenia, w której zaczyna się proces kondensacji, dlatego cząstkowe ciśnienie pary wodnej można określić z wzoru:

Oprócz ciśnienia i temperatury trzecim istotnym parametrem jest stopień wilgoci gazu X, w związku z tym określamy go jako stosunek ilości pary wodnej zawartej w gazie do ilości gazu suchego.

Gaz X można przedstawić za pomocą wzoru:

Bilans cieplny w procesie ochładzania spalin można przedstawić następująco:

Rozróżniamy wymienniki, z tego względu wydzielono część kondensacyjną i część bezkondensacyjną:

• w części bezkondensacyjnej następuje ochłodzenie spalin do temperatury nasycenia.
• w części kondensacyjnej zachodzi kondensacja pary wodnej.

Metody obliczeniowe – modele matematyczne

Wymiana ciepła z kondensacją, to:

• kondensacja pary wodnej na powierzchni ścianki zachodzi w przypadku, gdy temperatura ścianki jest mniejsza niż temperatura nasycenia pary wodnej.

Rozróżnić możemy kondensację błonową i kroplową. W przypadku dużych strumieni masowych pary będzie przeważać kondensacja błonowa.

Modele

Model Nusselta

• Modyfikacja modelu Nusselta (Broomley, Rohsenow) i inni
• Modele wymiany ciepła z kondensacją w obecności gazów inertnych Modele różnych powierzchni i różnych kształtów rur
• Przepływ laminarny i turbulentny kondensatu
• Gazy inertne w mieszaninie gazowo-oparowej
• Liczba Reynoldsa dla przepływu mieszaniny parowo-gazowej
• Różnica temperatury pomiędzy mieszaniną gazowo-parową i powierzchnia kondensatu
• Rozkład temperatury i udziałów molowych pary wodnej w pobliżu powierzchni wymiany ciepła przy schładzaniu spalin z kondensacją.

Modele wymienników ciepła z kondensacją:

Colburna-Hougena: uwzględnienie strumienia ciepła na skutek różnicy temperatury pomiędzy mieszanina parowo-gazową a czynnikiem chłodzącym. W rezultacie dyfuzja wskutek różnicy stężenia pary wodnej w rdzeniu strumienia mieszaniny gazowo-parowej i przy powierzchni kondensatu

Modele obliczające grubość błony kondensatu, zjawisko falowania błony kondensatu, odparowanie kondensatu i tworzenie się w rezultacie mgiełki pary nasyconej

Zmodyfikowane modele Colburna-Hougena: Smith, Jeong & Levy,

• model bilansowy wymiennika ciepła
• wymiennik odzyskowe
• zagadnienia powiązane