Выбор и сравнение эффективности методов интенсификации теплообмена в промышленных теплообменных аппаратах | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 8 июня, печатный экземпляр отправим 12 июня.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №24 (158) июнь 2017 г.

Дата публикации: 20.06.2017

Статья просмотрена: 452 раза

Библиографическое описание:

Ибрагимов У. Х. Выбор и сравнение эффективности методов интенсификации теплообмена в промышленных теплообменных аппаратах // Молодой ученый. — 2017. — №24. — С. 145-147. — URL https://moluch.ru/archive/158/44696/ (дата обращения: 26.05.2019).



Энерго- и ресурсосбережение можно рассматривать как оптимизацию энергетических и материальных потоков существующих технологических процессов для производства продуктов, а более широко — как поиск новых путей рационального использования энергии и сырья для получения тех же, а также новых продуктов. Достижение положительных результатов при экономии энергетических ресурсов возможно только при анализе промышленного энергоиспользования, уровней полезного использования энергии и энергетических потерь на разных участках промышленного предприятия, определении основных, наиболее эффективных путей экономии энергетических ресурсов в промышленности [1].

В современных условиях и в перспективе один из важных путей повышения экономичности энерготехнологических установок — совершенствование теплообменного оборудования с помощью внедрения эффективных способов интенсификации теплообмена. Посредством интенсификации теплообмена увеличивается количество тепла, передаваемого через единицу поверхности теплообмена, и, соответственно, уменьшаются массогабаритные показатели теплообменника; достигается более выгодное соотношение между передаваемым количеством тепла и мощностью, затрачиваемой на прокачивание теплоносителей. Высокое техническое качество интенсифицированного теплообменного оборудования улучшает общие характеристики энерготехнологических установок.

При разработке теплообменного оборудования используется довольно широкий перечень способов интенсификации, некоторые из них являются для теплоэнергетики достаточно традиционными: использование турбулентного режима течения теплоносителей, шероховатых поверхностей теплообмена, криволинейных каналов; уменьшение диаметра каналов; тесные пучки труб; повышение скорости течения сред; оребрение поверхности теплообмена; применение турбулизаторов потоков теплоносителей, псевдосжиженного слоя; устройство поперечных перегородок в трубном пучке.

Активное исследование и внедрение в промышленность различных методов интенсификации теплообмена обусловлены достижением больших практических результатов за счет уменьшения массы теплообменной аппаратуры или значительного повышения ее эффективности.

Разработаны и исследуются самые различные методы интенсификации теплообмена. Принципиально их классифицируют на две категории [2]:

1) активные методы интенсификации: механическое воздействие на поверхность теплообмена (вращение или вибрация поверхности, перемешивание жидкости и т. п.); воздействие на поток электрическим магнитным или акустическим полем, пульсациями давления; вдув или отсос рабочей среды через пористую поверхность и др.

2) пассивные методы, в основе которых — воздействие на поток формой поверхности теплообмена: применение вставных интенсификаторов (винтовых, локальных и пластинчатых закручивателей потока), различное оребрение поверхности теплообмена и др.

Рассматриваемые в данной статье методы интенсификации конвективного теплообмена относятся ко второй категории, и их, в свою очередь, можно разделить на следующие основные группы:

1) придание потоку жидкости вращательно-поступательного движения;

2) разрушение пристенных слоев жидкости.

Первый способ заключается в создании закрученного движения потока с помощью ленточных, шнековых и пластинчатых завихрителей. Такие завихрители воздействуют на весь поток. Второй способ состоит в воздействии на пристенную область течения за счет искусственной шероховатости в виде различного типа накаток на внутренней стенке труб, проволочных спиралей и т. п.

Исследователями накоплен обширный экспериментальный материал по теплообмену в трубах с различными типами завихрителей, охватывающий высокий диапазон изменения нагрузок и физических свойств сред [3–5].

Для некоторых способов интенсификации при помощи ленточных завихрителей выполнены интересные обобщения опытных данных в [6–7].

Для сопоставления тепловой эффективности различных по конструкции интенсификаторов на основании экспериментов, проведенных разными авторами при различных средних температурах потока среды и в разных диапазонах чисел Рейнольдса и Прандтля, возможно использование соотношения:

(1)

где индекс «0» означает гладкую поверхность теплообмена.

Зависимость (1) характеризует увеличение коэффициента теплоотдачи в трубе с интенсификатором по сравнению с коэффициентом теплоотдачи в гладкой трубе.

Использование любого из известных методов сопровождается также ростом гидродинамического сопротивления. Поэтому для сопоставления полной теплогидродинамической эффективности различных по конструкции интенсификаторов часто целесообразно применение известного соотношения:

(2)

характеризующего относительное увеличение интенсивности теплообмена в трубе с интенсификатором на единицу дополнительно затраченной энергии.

Сравнение эффективности различных методов интенсификации теплообмена, также выполненное В. К. Мигаем в [8], приведено на рис. 1. Здесь . Автор указывает, что при малых значениях чисел Рейнольдса трубы с кольцевыми выступами обладают наилучшими показателями.

Рис. 1. Сравнительная эффективность различных методов интенсификации теплообмена: 1–7 — трубы соответственно: с кольцевыми выступами, типа конфузор-диффузор, со спиральными вставками, спирально-профилированные, с волнистой осью, с перфорированными вставками, с обтекаемыми выступами

Сравнительная оценка теплоотдачи для различных типов интенсификаторов выполнена в [9] и представлена на рис. 2.

Здесь К* — соответствующие каждому эксперименту критериальные уравнения для расчета чисел Nu. Как видно из рис. 1.3, эффективным способом интенсификации, по мнению авторов, является применение многозаходных спиральных канавок на внутренней поверхности труб, созданных методом электрохимической обработки.

Приведенный выше краткий сравнительный анализ известных работ показал целесообразность применения практически всех пассивных методов интенсификации теплообмена для ламинарного режима течения. Очевидна весьма высокая эффективность дискретной шероховатости в данных условиях при ее несомненной технологичности.

Рис. 2. Теплоотдача в трубах с различными типами интенсификаторов: 1-спиральные канавки; 2-ленточный завихритель; 3-винтовой змеевик; 4-лопаточный завихритель; 5-гладкая труба

Детальной проработке физических, теоретических и практических аспектов данного метода интенсификации теплообмена посвящено большое число работ таких видных ученых, как Г. А. Дрейцер, В. К. Мигай и другие, но в основном для турбулентного и переходного режимов течения. Г. А. Дрейцером [10] также изучен вопрос об эффектах солеотложения на шероховатых поверхностях теплообмена, где показано преимущество этих поверхностей в этом плане перед гладкими трубами и каналами.

Разумеется, выбор метода интенсификации теплообмена в каждом случае индивидуален и определяется назначением аппарата, его конструкцией, свойствами рабочего тела и тому подобными факторами.

Литература:

  1. Лаптев А. Г., Николаев Н. А., Башаров М. М. Методы интенсификации и моделирования тепломассообменных процессов. Учебно-справочное пособие. –М.: «Теплотехник», 2011, -335 с.
  2. Жукаускас А. А. Конвективный перенос в теплообменниках. –М.: Наука, 1982. -472 с.
  3. Зозуля Н. В., Шкуратов Н. Я. Теплоотдача в трубах с проволочными турбулизаторами // теплообмен в энергетических установках. –Минск, 1967. с. 36.
  4. Клачак А. Теплопередача в трубах с проволочными и ленточными турбулизаторами // Теплопередача. -1973. –сер. С. -№ 4. –с. 134–136.
  5. Ковальногов А. Ф., Щукин В. К. Экспериментальное исследование теплоотдачи в трубах при местной закрутке потока шнековыми закручивателями // Теплоэнергетика. -1968. -№ 6. –с. 81–84.
  6. Назмеев Ю. Г., Николаев Н. А. Обобщение опытных данных по теплоотдаче в трубах с ленточными завихрителями // Теплоэнергетика. -1980. -№ 3. –с. 51–53.
  7. Щукин В. К. Обобщение опытных данных по теплоотдаче в трубах с ленточными завихрителями // Изв. Вузов. Авиационная техника. -1967. -№ 2. –с. 14–19.
  8. Мигай В. К. Моделирование теплообменного и энергетического оборудования. –Л.: Энергоатомиздат, 1987. -236 с.
  9. Рзаев А. И., Филатов Л. Л., Циклаури Г. В. и др. Влияние геометрии интенсификатора — спиральных канавок на конвективную теплоотдачу в трубах // Теплоэнергетика. -1992. -№ 2. –с. 53–55.
  10. Дрейцер Г. А. Исследование солеотложений при течении воды с повышенной карбонатной жесткостью в каналах с дикретными турбулизаторами // Теплоэнергетика. -1996. -№ 3. –с. 30–35.
Основные термины (генерируются автоматически): различный метод интенсификации теплообмена, поверхность теплообмена, теплообменное оборудование, труба, шероховатая поверхность теплообмена.


Похожие статьи

Интенсификация теплообмена в каналах | Статья в журнале...

В настоящее время предложены и исследованы разнообразные методы интенсификации конвективного теплообмена. Применительно к течению однофазных теплоносителей используются турбулизаторы потока на поверхности, шероховатые поверхности...

Интенсификация теплообмена в каналах с кольцевыми...

Из всех методов интенсификации теплообмена в трубах наибольшее внимание как эффективным и технологически реализуемым уделяется искусственной турбулизации потока кольцевыми диафрагмами.

Современное состояние исследований по интенсификации...

Интенсификация теплообмена в теплообменных аппаратах имеет большое народнохозяйственное значение.

По современной классификации методов интенсификации теплообмена [1–3] закрутка потока в каналах, создаваемая с помощью закручивающих...

Интенсификация теплообмена в пружинно-винтовых каналах

Развитая теплообменная поверхность рассматриваемого теплообменника обуславливает интенсификацию теплообмена при умеренном росте потерь энергии на прокачивание теплоносителя и позволяет существенно снизить длину проточной части канала, а значит...

Сравнение пластинчатых и кожухотрубных теплообменных...

Коэффициент теплопередачи (условно). 3–5. 1. Изменение площади поверхности теплообмена.

Выбор и сравнение эффективности методов интенсификации теплообмена в промышленных теплообменных аппаратах.

Закономерности теплообмена при кипении рабочего вещества...

Трубы с развитыми поверхностями теплообмена получены способами, запатентованными авторами. Трубы Г-профиля выполнены путем пропускания исходной трубы со спирально-накатными ребрами через протяжку, диаметр которой меньше диаметра исходной трубы [3]...

Экспериментальное исследование коэффициента теплоотдачи...

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...

Метод эксергетического анализа теплообменника с накатанными...

Одним из перспективных путей создания эффективных компактных теплообменников является применение высокоэффективных поверхностей теплообмена, использование современных методов интенсификации теплообмена в каналах теплообменных аппаратов.

Экспериментальная установка для исследования процессов...

Для интенсификации теплообмена используется также струйное натекание теплоносителя на поверхность, пористые и щеточные вставки, воздействие ультразвуковых колебаний, электрического поля. Комбинированные методы интенсификации теплоотдачи основаны на...

Интенсификация теплообмена в каналах | Статья в журнале...

В настоящее время предложены и исследованы разнообразные методы интенсификации конвективного теплообмена. Применительно к течению однофазных теплоносителей используются турбулизаторы потока на поверхности, шероховатые поверхности...

Интенсификация теплообмена в каналах с кольцевыми...

Из всех методов интенсификации теплообмена в трубах наибольшее внимание как эффективным и технологически реализуемым уделяется искусственной турбулизации потока кольцевыми диафрагмами.

Современное состояние исследований по интенсификации...

Интенсификация теплообмена в теплообменных аппаратах имеет большое народнохозяйственное значение.

По современной классификации методов интенсификации теплообмена [1–3] закрутка потока в каналах, создаваемая с помощью закручивающих...

Интенсификация теплообмена в пружинно-винтовых каналах

Развитая теплообменная поверхность рассматриваемого теплообменника обуславливает интенсификацию теплообмена при умеренном росте потерь энергии на прокачивание теплоносителя и позволяет существенно снизить длину проточной части канала, а значит...

Сравнение пластинчатых и кожухотрубных теплообменных...

Коэффициент теплопередачи (условно). 3–5. 1. Изменение площади поверхности теплообмена.

Выбор и сравнение эффективности методов интенсификации теплообмена в промышленных теплообменных аппаратах.

Закономерности теплообмена при кипении рабочего вещества...

Трубы с развитыми поверхностями теплообмена получены способами, запатентованными авторами. Трубы Г-профиля выполнены путем пропускания исходной трубы со спирально-накатными ребрами через протяжку, диаметр которой меньше диаметра исходной трубы [3]...

Экспериментальное исследование коэффициента теплоотдачи...

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...

Метод эксергетического анализа теплообменника с накатанными...

Одним из перспективных путей создания эффективных компактных теплообменников является применение высокоэффективных поверхностей теплообмена, использование современных методов интенсификации теплообмена в каналах теплообменных аппаратов.

Экспериментальная установка для исследования процессов...

Для интенсификации теплообмена используется также струйное натекание теплоносителя на поверхность, пористые и щеточные вставки, воздействие ультразвуковых колебаний, электрического поля. Комбинированные методы интенсификации теплоотдачи основаны на...

Похожие статьи

Интенсификация теплообмена в каналах | Статья в журнале...

В настоящее время предложены и исследованы разнообразные методы интенсификации конвективного теплообмена. Применительно к течению однофазных теплоносителей используются турбулизаторы потока на поверхности, шероховатые поверхности...

Интенсификация теплообмена в каналах с кольцевыми...

Из всех методов интенсификации теплообмена в трубах наибольшее внимание как эффективным и технологически реализуемым уделяется искусственной турбулизации потока кольцевыми диафрагмами.

Современное состояние исследований по интенсификации...

Интенсификация теплообмена в теплообменных аппаратах имеет большое народнохозяйственное значение.

По современной классификации методов интенсификации теплообмена [1–3] закрутка потока в каналах, создаваемая с помощью закручивающих...

Интенсификация теплообмена в пружинно-винтовых каналах

Развитая теплообменная поверхность рассматриваемого теплообменника обуславливает интенсификацию теплообмена при умеренном росте потерь энергии на прокачивание теплоносителя и позволяет существенно снизить длину проточной части канала, а значит...

Сравнение пластинчатых и кожухотрубных теплообменных...

Коэффициент теплопередачи (условно). 3–5. 1. Изменение площади поверхности теплообмена.

Выбор и сравнение эффективности методов интенсификации теплообмена в промышленных теплообменных аппаратах.

Закономерности теплообмена при кипении рабочего вещества...

Трубы с развитыми поверхностями теплообмена получены способами, запатентованными авторами. Трубы Г-профиля выполнены путем пропускания исходной трубы со спирально-накатными ребрами через протяжку, диаметр которой меньше диаметра исходной трубы [3]...

Экспериментальное исследование коэффициента теплоотдачи...

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...

Метод эксергетического анализа теплообменника с накатанными...

Одним из перспективных путей создания эффективных компактных теплообменников является применение высокоэффективных поверхностей теплообмена, использование современных методов интенсификации теплообмена в каналах теплообменных аппаратов.

Экспериментальная установка для исследования процессов...

Для интенсификации теплообмена используется также струйное натекание теплоносителя на поверхность, пористые и щеточные вставки, воздействие ультразвуковых колебаний, электрического поля. Комбинированные методы интенсификации теплоотдачи основаны на...

Интенсификация теплообмена в каналах | Статья в журнале...

В настоящее время предложены и исследованы разнообразные методы интенсификации конвективного теплообмена. Применительно к течению однофазных теплоносителей используются турбулизаторы потока на поверхности, шероховатые поверхности...

Интенсификация теплообмена в каналах с кольцевыми...

Из всех методов интенсификации теплообмена в трубах наибольшее внимание как эффективным и технологически реализуемым уделяется искусственной турбулизации потока кольцевыми диафрагмами.

Современное состояние исследований по интенсификации...

Интенсификация теплообмена в теплообменных аппаратах имеет большое народнохозяйственное значение.

По современной классификации методов интенсификации теплообмена [1–3] закрутка потока в каналах, создаваемая с помощью закручивающих...

Интенсификация теплообмена в пружинно-винтовых каналах

Развитая теплообменная поверхность рассматриваемого теплообменника обуславливает интенсификацию теплообмена при умеренном росте потерь энергии на прокачивание теплоносителя и позволяет существенно снизить длину проточной части канала, а значит...

Сравнение пластинчатых и кожухотрубных теплообменных...

Коэффициент теплопередачи (условно). 3–5. 1. Изменение площади поверхности теплообмена.

Выбор и сравнение эффективности методов интенсификации теплообмена в промышленных теплообменных аппаратах.

Закономерности теплообмена при кипении рабочего вещества...

Трубы с развитыми поверхностями теплообмена получены способами, запатентованными авторами. Трубы Г-профиля выполнены путем пропускания исходной трубы со спирально-накатными ребрами через протяжку, диаметр которой меньше диаметра исходной трубы [3]...

Экспериментальное исследование коэффициента теплоотдачи...

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...

Метод эксергетического анализа теплообменника с накатанными...

Одним из перспективных путей создания эффективных компактных теплообменников является применение высокоэффективных поверхностей теплообмена, использование современных методов интенсификации теплообмена в каналах теплообменных аппаратов.

Экспериментальная установка для исследования процессов...

Для интенсификации теплообмена используется также струйное натекание теплоносителя на поверхность, пористые и щеточные вставки, воздействие ультразвуковых колебаний, электрического поля. Комбинированные методы интенсификации теплоотдачи основаны на...

Задать вопрос