Кожухотрубчатый теплообменник с геликоидальным потоком | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 декабря, печатный экземпляр отправим 1 января.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №24 (262) июнь 2019 г.

Дата публикации: 14.06.2019

Статья просмотрена: 17 раз

Библиографическое описание:

Латыпов Г. Р. Кожухотрубчатый теплообменник с геликоидальным потоком // Молодой ученый. — 2019. — №24. — С. 140-144. — URL https://moluch.ru/archive/262/60646/ (дата обращения: 14.12.2019).



В данной статье сравниваются классический кожухотрубчатый теплообменник и кожухотрубчатый теплообменник с геликоидальным потоком по конструкции и тепловой эффективности.

Ключевые слова: трубное пространство, межтрубное пространство, температура жидкости, теплообменник, геликоидальный поток, перегородка.

Кожухотрубчатые теплообменники относятся к наиболее распространенным аппаратам. Их применяют для теплообмена и термохимических процессов между различными жидкостями, парами и газами — как без изменения, так и с изменением их агрегатного состояния.

Теплообмен жидкости в трубном и межтрубном пространстве происходит за счет теплопередачи между стенками труб. Более эффективного теплообмена можно добиться, когда более прогретые потоки жидкости соприкасаются с менее нагретыми, т. е. происходит смешивание потоков. Чтобы добиться такого процесса в теплообменниках применяют трубные перегородки, которые создают турбулентные потоки. В классическом теплообменнике, перегородки располагаются строго в вертикальном положении.

И для создания более высокого смешивания потоков жидкости на АО «Уралтехнострой-Туймазыхиммаш» конструкторами было предложено поделить классическую перегородку на квадранты и расположить их под углом на 40о по отношению к последующим. Предполагалось, что так можно будет воссоздать более хаотичный поток жидкости в межтрубном пространстве, нежели с классическими перегородками.

Рис. 1. Схема расположения и основные размеры квадрантов для механической обработки на ЧПУ станке теплообменника с геликоидальным потоком

Для того, чтобы сравнить тепло-гидравлические параметры двух теплообменников, использовался метод конечных элементов. Этот метод позволит получить ре зультаты температур потоков, скорости движения теплоносителей и давления создаваемое жидкостью. В САПР Компас 3D-V.17 была смоделирована 3D модель каждого из теплообменника. Использовались следующие исходные данные Табл. 1.

Таблица 1

Характеристики теплообменников

Название

Значение

Размерность

Теплообменник с геликоидальным потоком

Классический теплообменник

1

Количество теплообменных труб

19

19

шт.

2

Наружный диаметр труб

20

20

мм

3

Толщина стенки трубы

2

2

мм

4

Угол расположения труб

60

60

град

5

Длина труб

1000

1000

мм

6

Расстояние между трубами (межосевое)

22,5

22,5

мм

7

Количество перегородок

7

20

шт.

8

Вырез перегородки

28

75

%

9

Диаметр штуцера трубного пространства

89

89

мм

10

Диаметр штуцера межтрубного пространства

89

89

мм

11

Расход жидкости трубного пространства

11

11

м3/час

12

Расход жидкости межтрубного пространства

11

11

м3/час

13

Температура на входе в трубное пространство

80

80

о С

14

Температура на входе в межтрубное пространство

20

20

о С

3D модели (каждая по отдельности) были помещены в САПР Siemens NX v. 11.0 для дальнейших расчётов. Были удалены грани, для того, чтобы оставить только трубное и межтрубное пространство жидкости. Сетку из конечных элементов наложили, как для трубного, так и для межтрубного пространства. Размер КЭ равен 5 мм, Размер, основанный на кривизне поверхности равен 21 мм, Допуск малого элемента (% размера элемента) равен 50. Для трубного и межтрубного пространства эти параметры идентичны. Для того чтобы узнать температуру потока, нужно задать граничащий элемент между трубным и межтрубным пространством, а именно стенки труб, за счёт которых и происходит теплообмен между средами трубного и межтрубного пространства. Для этого выбирался материал труб (сталь В20) и также накладывалась КЭ сетка.

Были заданы граничные условия потока, а именно: Объёмный расход жидкости на входе — 11 м3/ч (для трубного и межтрубного пространства), Температура — на входе в трубное пространство 80оС, в межтрубное 20оC.

C:\Users\Владелец\Desktop\1\RESIDENT EVIL 2 BIOHAZARD RE2 1-Shot Demo.JPGC:\Users\Владелец\Desktop\1\3.JPG

а) б)

Рис. 3. Значение температур в теплообменнике с геликоидальным потоком на различных участках

Температура жидкости на входе в трубы немного падает и имеет среднее значение равное 79,7оС. На этом же участке, но уже в межтрубной зоне, температура поднялась и имеет среднее значение в 26,1оС (Рис. 3а). В средней части теплообменника температура жидкости в трубной части имеет среднее значение 77,8оС, а в межтрубной зоне достигает среднего значения в 23,9оС (Рис. 3б). В крайней части теплообменника температура жидкости в трубной зоне имеет среднее значение равное 75,4оС, а температура в межтрубной зоне имеет среднее значение равное 21,3оС. Температура жидкости на выходе из трубного пространства равна 74,7оС (Рис. 3б).

C:\Users\Владелец\Desktop\1\8.JPGC:\Users\Владелец\Desktop\1\9.JPG

Рис. 4. Значение скоростей в теплообменнике с геликоидальным потоком на различных участках

Скорости на входе в трубное пространство имеют среднее значение 0,42 м/с. Скорость на выходе из межтрубного пространства принимает значение 0,54 м/с. Скорость в трубном пространстве равна 0,9 м/с (Рис. 4а). Скорость на выходе из трубного пространства равна 0,5 м/с. Скорость на входе в межтрубное пространство равна 0,43 м/с. (Рис. 4б).

C:\Users\Владелец\Desktop\1\1.JPGC:\Users\Владелец\Desktop\1\5.JPG

а)б)

Рис. 5. Значение температур в классическом теплообменнике

Температура жидкости, на входе в трубы немного падает и имеет среднее значение равное 77,5оС. В этом же участке, но уже в межтрубной зоне температура поднялась и имеет среднее значение в 26,1оС. Температура на выходе из межтрубного пространства равна 25,1оС (Рис. 5а). В средней части теплообменника температура жидкости в трубной части имеет среднее значение 77,3оС. В межтрубной зоне достигает среднего значения в 23,9оС (Рис. 5а). В крайней части теплообменника температура жидкости в трубной зоне имеет среднее значение равное 74,9оС, а температура в межтрубной зоне имеет среднее значение равное 21,2оС. Температура жидкости на выходе из трубного пространства равна 74,4оС (Рис. 5б).

Скорости на входе в трубное пространство имеют среднее значение 0,4 м/с. Скорость на выходе из межтрубного хаотична и принимает значения от 0,22 м/с до 1,77 м/с. Скорость в трубном пространстве равна 0,87 м/с (Рис. 6а). Скорость на выходе из трубного пространства равна 0,48 м/с. Скорость на входе в межтрубное пространство равна 0,54 м/с. (Рис. 6б).

Сравнивая полученные данные, мы можем сказать, что у теплообменника с прямыми перегородками скорость течения жидкости (Vmax=1,895 м/c; Vmin=0,003 м/c) больше, чем у теплообменника с перегородками расположенными под углом в 40о (Vmax=0,955 м/c; Vmin=0,002 м/c). Также высокая скорость повлияла на степень завихрения, у теплообменника с прямыми перегородками Smax = 587,16; Smin = 48,93 ед., а у теплообменника с перегородками расположенными под углом в 40о Smax = 155,57; Smin = 13,13 ед. Тем самым более высокая степень завихрения создаёт у жидкости, более турбулентный поток, при котором жидкость смешивается быстрее. Поэтому у теплообменника с прямыми перегородками теплообмен происходит качественнее и разница температур на выходе из труб достигает 1оС.

Литература:

  1. Хафзетдинов Т. Р., Лобанов М. А. Современный метод проектирования и анализа конструкции новейшей теплообменной аппаратуры // Материалы III Всероссийской научно-практической молодежной конференции с международным участием «Современные технологии композиционных материалов”. — Уфа: РИЦ БашГУ, 2018. — С. 298–303.
  2. Латыпов Г. Р., Лобанов М. А., Хафзетдинов Т. Р. Разработка двухконтурного испытательного стенда для оценки тепловой эффективности и гидравлических сопротивлений теплообменных аппаратов // Доклады Башкирского Государственного университета. — 2018. — № 1, Т.3. — С. 6–11.
Основные термины (генерируются автоматически): трубное пространство, температура жидкости, геликоидальный поток, теплообменник, пространство, среднее, перегородка, вход, скорость, выход.


Похожие статьи

Гидравлический расчет теплообменных аппаратов с локальными...

xвых=1,0×2=2 — вход в трубное пространство и выход из него.

Результаты гидравлического расчета теплообменных аппаратов с турбулизаторами показывают, что потребная мощность насоса для прокачки греющего теплоносителя повышается и составляет 417 Вт.

Исследование зависимости коэффициента теплоотдачи пучка...

температура на выходе из пучка труб, ˚С. Число Нуссельта для одиночной трубы зависит от чисел Нуссельта для ламинарного и турбулентного слоёв

– кинематический коэффициент вязкости жидкости, м2/с, – средняя скорость в зазоре между двумя соседними радами труб.

Система терморегулирования гидропривода | Статья в журнале...

Предлагаемая система регулирования температуры рабочей жидкости в гидроприводе содержит гидронасос, всасывающей гидролинией, сообщенный с баком и напорной гидролинией с теплообменником. В напорной гидролинии расположено гидравлическое сопротивление...

Исследование датчиков скоростей течения, основанных на...

Впервые эта зависимость была использована для прибора, измеряющего скорость ветра (термоанемометр). Затем принцип теплообмена был использован для измерения скорости течения воды. Рабочим органом употребляемого для этой цели прибора — термогидрометра...

Расчет рабочих характеристик контурных тепловых труб

Условия работоспособности контурных тепловых труб. Сформулированная концепция контурной тепловой трубы может быть реализована при выполнении ряда условий. На рис. 1 схематично показан рабочий цикл теплоносителя в КТТ в координатах «температура, давление».

Экспериментальное исследование коэффициента теплоотдачи...

Экспериментальное исследование коэффициента теплоотдачи в трубках теплообменника при применении локальных турбулизаторов.

интенсификация теплообмена, колебательное движение, трубка теплообменников, поток жидкости, поток воды, гидродинамика потока...

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. Сущность этого метода заключается в следующем.

Моделирование температурных полей при реализации метода...

Известно, что распределение температуры в исследуемом теле от плоского круглого источника тепла постоянной мощности радиусом Rп при t>>0 близко к распределению температуры в сферическом полупространстве со сферической полостью радиусом R, через которую...

Исследование процесса низкотемпературной сепарации...

Входной поток газа в объеме 4,8 млн.м3/сут с давлением 5,0 МПа и температурой 35 оС поступает в трубное пространство рекуперативного теплообменника Т-101, где охлаждается до температуры 26 оС обратным потоком холодного газа. Из теплообменника Т-101 газ с...

Похожие статьи

Гидравлический расчет теплообменных аппаратов с локальными...

xвых=1,0×2=2 — вход в трубное пространство и выход из него.

Результаты гидравлического расчета теплообменных аппаратов с турбулизаторами показывают, что потребная мощность насоса для прокачки греющего теплоносителя повышается и составляет 417 Вт.

Исследование зависимости коэффициента теплоотдачи пучка...

температура на выходе из пучка труб, ˚С. Число Нуссельта для одиночной трубы зависит от чисел Нуссельта для ламинарного и турбулентного слоёв

– кинематический коэффициент вязкости жидкости, м2/с, – средняя скорость в зазоре между двумя соседними радами труб.

Система терморегулирования гидропривода | Статья в журнале...

Предлагаемая система регулирования температуры рабочей жидкости в гидроприводе содержит гидронасос, всасывающей гидролинией, сообщенный с баком и напорной гидролинией с теплообменником. В напорной гидролинии расположено гидравлическое сопротивление...

Исследование датчиков скоростей течения, основанных на...

Впервые эта зависимость была использована для прибора, измеряющего скорость ветра (термоанемометр). Затем принцип теплообмена был использован для измерения скорости течения воды. Рабочим органом употребляемого для этой цели прибора — термогидрометра...

Расчет рабочих характеристик контурных тепловых труб

Условия работоспособности контурных тепловых труб. Сформулированная концепция контурной тепловой трубы может быть реализована при выполнении ряда условий. На рис. 1 схематично показан рабочий цикл теплоносителя в КТТ в координатах «температура, давление».

Экспериментальное исследование коэффициента теплоотдачи...

Экспериментальное исследование коэффициента теплоотдачи в трубках теплообменника при применении локальных турбулизаторов.

интенсификация теплообмена, колебательное движение, трубка теплообменников, поток жидкости, поток воды, гидродинамика потока...

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. Сущность этого метода заключается в следующем.

Моделирование температурных полей при реализации метода...

Известно, что распределение температуры в исследуемом теле от плоского круглого источника тепла постоянной мощности радиусом Rп при t>>0 близко к распределению температуры в сферическом полупространстве со сферической полостью радиусом R, через которую...

Исследование процесса низкотемпературной сепарации...

Входной поток газа в объеме 4,8 млн.м3/сут с давлением 5,0 МПа и температурой 35 оС поступает в трубное пространство рекуперативного теплообменника Т-101, где охлаждается до температуры 26 оС обратным потоком холодного газа. Из теплообменника Т-101 газ с...

Задать вопрос