Разделы: Техника
Размещена 21.05.2016. Последняя правка: 20.05.2016.
Просмотров - 2280

ОЖИДАЕМЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ОТ ИНТЕНСИФИКАЦИЙ ТЕПЛООБМЕНА В ТЕПЛОИСПОЛЬЗУЮЩИХ АППАРАТАХ

Авазов Аслиддин Тиркачович

магистр

Ташкентский Государственный Технический Университет

студент

Бабаходжаев Рахимжон Патиханович, кандидат технических наук, доцент, Ташкентский Государственный Технический Университет

УДК 621.021

Введение

Теплообменные аппараты - устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому или в окружающую среду. Это од­но из наиболее распространенных устройств во всех видах и типах энергетиче­ских установок и двигателей. Теплообменные аппараты (ТА), такие как конден­саторы, испарители, охладители, экономайзеры, радиаторы и т.д., широко ис­пользуются во многих отраслях промышленности. Наибольшее распростране­ние они нашли в энергетике, химической и нефтеперерабатывающей, бумажной и пищевой отраслях промышленности.

В конструкциях подавляющего большинства теплообменных аппаратов, применяемых во всех этих отраслях, теплота от горячего теплоносителя к хо­лодному передается через промежуточное твердое тело (стенку). При этом греющий теплоноситель передает теплоту к одной поверхности, а нагреваемый воспринимает ее от другой поверхности стенки, т.е. во всех случаях осуществ­ляется теплообмен между теплоносителем и поверхностью теплообмена. По­этому технико-экономические показатели теплообменных аппаратов всех типов и назначений определяются уровнем обоснованности решений при проекти­ровании конструкций макро- и микроструктуры поверхностей теплообмена. Это в основном относится к кожухотрубным, трубчаторебристым, пластинча­тым, пластинчато-ребристым и другим типам рекуперативных ТА.

В настоящее время на производство теплообменного оборудования расходуется огромное количество легированных и цветных металлов. Поэтому, при проектировании и изготовлении современных теплообменников необходимо стремится к тому, чтобы они, выполняли свои основные функции, обладали высокой надежностью и при этом были компактными, а, следовательно, имели бы малую массу. Таким образом, уменьшение массы и габаритов теплообменных аппаратов является актуальной проблемой. Интенсификация теплообмена является эффективным путем решения проблемы уменьшения массы и габаритных размеров теплообменных аппаратов и устройств. В настоящее время предложены и исследованы разнообразные методы интенсификации конвективного теплообмена в аппаратах энергетических установок [1]

Проблемы снижения весогабаритных характеристик теплообменного оборудования и увеличения тепло-гидравлической эффективности могут успеш­но решаться при помощи использования в теплообменных аппаратах интенси­фикаторов теплоотдачи. Наибольший интерес представляют интенсификаторы теплообмена, которые позволяют значительно увеличить теплосъем при уме­ренном или сопоставимом росте гидравлического сопротивления. К таким ин- тенсификаторам относятся поверхностные интенсификаторы теплоотдачи. Они составляют значительный класс и к ним относят - спиральные и поперечные проволочные вставки и накатки различной конфигурации, микроребрение, сфе­рические, цилиндрические, конусообразные и иные выступы и выемки, шев­ронные штампованные поверхности и т.д. Основная отличительная особен­ность данного вида интенсификаторов - воздействие на пограничный слой, вносящий наибольшее термическое сопротивление в теплоотдачу, и его разру­шение с последующей турбулизацией потока в пристенном слое. Воздействие только на пристенный слой не вызывает существенного роста гидросопротив­ления. Увеличение теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования при течении жидких и газообразных теплоносителей составляет до 2,5 раз при со­поставимом росте гидросопротивления. Примером использования поверхност­ной интенсификации в теплообменном оборудовании может служить ГОСТ 27590-88 «Подогреватели водо-водяные систем теплоснабжения», где показано, что использование профилированных труб в теплообменном аппарате позволя­ет увеличить тепловую эффективность теплообменника и его тепловую мощ­ность в 1,35 раза в тех же габаритах или уменьшить длину теплообменника во столько же раз при сохранении тепловой мощности. Переход на следующий типоразмер по диаметру кожуха при использовании профилированных труб по­зволяет уменьшить длину подогревателя уже в 2 раза.

Отличительной особенностью поверхностных интенсификаторов являет­ся то, что за счет повышенной турбулентности и вихреобразования в пристен­ной зоне уменьшается загрязнение поверхности. Этот факт увеличивает при­влекательность данного вида интенсификаторов. Дальнейшее стремление уменьшить весогабаритные характеристики те­плообменников привело более широкому использованию пластинчатых тепло­обменников. Данный класс теплообменников отличается возможность разборки корпуса и теплообменной матрицы для периодической ручной и механической чистки, малыми эквивалентными диаметрами каналов для теплоносителей, а значит более высокой их скоростью и повышенными коэффициентами теплоодачи. Использование в качестве теплообменных поверхностей шевронных штампованных пластин также развивает площадь теплообмена и турбулизирует поток. Однако существует и ограничение - пластинчатые теплообменники не рассчитаны на значительные давления, характерные для энергетики и большин­ства промышленных процессов.

Применительно к течению однофазных теплоносителей используются турбулизаторы потока на поверхности, шероховатые поверхности и поверхности, развитые за счет оребрения, закрутка потока спиральными ребрами, шнековыми устройствами, завихрителями, установленными на входе в канал, подмешивание к потоку жидкости газовых пузырей, а к потоку газа — твердых частиц или капель жидкости, вращение или вибрация поверхности теплообмена, пульсации теплоносителя, воздействие на поток электростатических полей, отсос потока из пограничного слоя, струйные системы. Эффективность этих способов различна, в лучшем случае удается увеличить теплоотдачу в 2–3 раза, но для разных способов при существенно различных затратах энергии.

Эффективным способом интенсификации теплообмена является турбулизация потоков теплоносителей с применением локальных турбулизаторов (ЛТ). Известные современные конструкций ЛТ, приведенные в работе [2], служат для интенсификации теплообмена в соответствующих аппаратах и условиях, а их применения в отдельных случаях вызывают сомнения, так как элементы ЛТ. В данных конструкциях онинеподвижны, а объем турбулизации и поле скоростей в  потоке постоянны, и не рассчитаныдля вод с микропримесями и  повышенной жесткостью.

Актуальность исследуемой проблемы обусловлена необходимостью решения следующих задач: снижение темпов образования отложений на теплообменных поверхностях нагрева, уменьшение гидравлического сопротивления тракта потока воды, интенсификация теплообмена с повышением удельной тепловой мощности и унификация конструкции аппарата.

С целью улучшения гидродинамической обстановки в трубках теплообменников и резкого снижения темпов образования отложений на теплообменивающих поверхностях нами предлагается устанавливать ЛТ для турбулизации потока жидкости. При этом следует отметить, что необходимо обратить внимание на вопрос достижения небольшого приращения гидравлического сопротивления тракта.

В системах технического водоснабжения промпредприятий, где вода имеет высокие показатели по общей жесткости и мутности, на гладких теплообменивающих поверхностях действующих аппаратов образуются и нарастают со временем накипь и грязевые отложения. Если применять известные конструкций ЛТ, то существующие проблемы, такие как уменьшение живого сечения, за счет отложений, повышение гидравлического сопротивления и энергопотребления на перекачку теплоносителей, ухудшение  теплообмена и начало снижения технико-экономических показатели всей тепловой схемы практически не будут решены и через определенный срок эксплуатации ЛТ становятся непригодными.

При разработке ряда эффективных ЛТ внимание было обращено также на гидравлическое сопротивление и технологичность изготовления [3]. Результаты экспериментальных исследований приведены в виде эмпирических зависимостей для различных типов ЛТ, при различных гидродинамических режимах течения теплоносителя в (табл.1). Основная особенность предлагаемых ЛТ заключается в их вибрационном движении за счет напора потока турбулизируемой жидкости, вследствие чего не допускается образование соли и накипи отложений, как на поверхности труб, так и на самих элементах ЛТ.

Таблица №1. Зависимость коэффициента теплоотдачи от типа ЛТ.

Из анализа полученных экспериментальных данных можно сделать следующие выводы. Установка ЛТ привело к незначительному росту гидравлического сопротивления, при заметном росте коэффициента теплоотдачи для конструкции № 1

Внедрение ЛТ в теплообменное обору­дование энергоустановок является быстроокупаемой энерготехнологией, обеспечивающей значительное сокращение расходов электроэнергии (до 4 раза или более )  и конструкционных материалов ( 7 раз или более ). Одновременно снижается  финансовые затраты на технологический чистку оборудования и охрану окружающей среды.

1. Калинин Э.К.,Дрейсер Г.А. Интенсификация теплообменна в каналах .М.,1990
2. Гортышов Ю.Ф., Папов И.А. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудование -Казань.2009 г.
3. Кузьма-Кичта Ю.А. Метод интенсификации теплообмена.-М:МИЭ,2003 г.,112с.
4. Бабаходжаев Р.П. Интенсификация процессов гидродинамики и теплообмена в подогревателях испарительных установок.//Материалы Международной научной-практической конференции .-Уфа.2006 г.С.288-299

Рецензии:

21.05.2016, 21:52 Лобанов Игорь Евгеньевич
Рецензия:  К статье имеются замечания. 1. Источники [1] и [2] приведены с ошибками. 2. Из статьи неясно, какие именно турбулизаторы используются. Необходимо привести чертёж с геометрическими размерами. 3. Не совсем понятно, какие числа Прандтля у применяемых теплоносителей? 4. В приведённой таблице число Нуссельта прямо пропорционально числу Рейнольдса, что физически несостоятельно. 5. Автор пишет, что незначительный рост гидросопротивления может привести к значительному росту коэффициента теплоотдачи, однако, в работе [1] указывается, что превалирование роста теплообмена над ростом сопротивления может иметь место, но оно незначительно. 6. В статье справедливо указывается, что турбулизаторы снижают образование отложений, но ещё в [1] были приведеные методы снижения отложений. Чем предложенный автором метод выгодно(!) отличается от методов, предложенных в [1]. После соответствующих поправок статью можно будет рекомендовать к публикации.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий