Разработка инженерной методики расчета режимных параметров компактных теплообменных аппаратов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 29 января, печатный экземпляр отправим 2 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №25 (263) июнь 2019 г.

Дата публикации: 21.06.2019

Статья просмотрена: 24 раза

Библиографическое описание:

Маслов, Н. А. Разработка инженерной методики расчета режимных параметров компактных теплообменных аппаратов / Н. А. Маслов, А. А. Цынаева. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 25 (263). — С. 127-131. — URL: https://moluch.ru/archive/263/60962/ (дата обращения: 19.01.2022).



В работе проведен анализ эффективности теплообменных аппаратов с оребрением и без, и на основе этого анализа разработана графо-аналитическая методика инженерного расчета их характеристик.

Ключевые слова: теплообменный аппарат, оребрение, эффективность, коэффициент теплоотдачи.

Теплообменные аппараты используются в следующих отраслях промышленности: системы обеспечения микроклимата, фармацевтическая и химическая промышленности, нефтепереработка и т. д. В тех промышленных установках, где в качестве рабочего тела используются газообразные рабочие тела, требуется повышать эффективность теплообменных аппаратов для газообразных рабочих тел. В этой связи был проведен анализ эффективности различных методов интенсификации теплообмена. В качестве методов интенсификации теплообмена рассматривались следующие виды оребрения: продольное непрерывное, продольное непрерывное в тесных пучках, продольное непрерывное с перфорацией, продольное разрезное с поворотом ребер, продольное разрезное с отгибом кромок и проводилось сравнение с теплообменными аппаратами без оребрения. Результаты анализа эффективности теплообмена в зависимости от режима течения рабочего тела представлены на рисунке 1.

Оценка эффективности теплообмена приведена по методике [1], так как оребрение вызывает не только интенсивный рост теплообмена, но и значительно влияет на гидравлическое сопротивление теплообменных аппаратов, был проведен анализ гидравлического сопротивления для различных типов оребрения. Для анализа использовались формулы, представленные в [1]. На рисунке 2 видно, что наиболее эффективно в качестве теплоотдачи теплоты оказывается продольное разрезное оребрение с поворотом ребер на угол β = 5° относительно течения. Менее эффективным продольное разрезное оребрение с отгибом кромок. Однако требуется оценить влияние на гидравлическое сопротивление, и, на рисунке 1б видно, что продольное разрезное оребрение с отгибом кромок имеет коэффициент гидравлического сопротивления в от 9 до 12 раз больше, чем другие виды оребрения.

Рисунок 1 [1]: Поверхности с различными типами оребрения: 1 — продольное непрерывное оребрение, 2 — продольное непрерывное оребрение в тесных пучках, 3 — продольное перфорированное оребрение, 4 — продольное разрезное оребрение с поворотом ребер на угол ꞵ, 5 — продольное разрезное оребрение с отгибом кромок, 6 — поперечное непрерывное оребрение

Рис. 2

В этой связи необходимо оценить теплогидравлическую эффективность различных видов оребрения, что было выполнено на рисунке 3.

Рис. 3

Рисунок 3 более наглядно показывает эффективность оребрения, так как по нему видно и влияние на теплообмен различных видов оребрения и влияние на гидравлическое сопротивление. Согласно представленному графику очевидно, что продольное непрерывное и будет наиболее эффективным по тепло-гидравлической характеристике, т. е. У него будет повышаться интенсивность теплообмена при не столь высоком росте гидравлического сопротивления по сравнению с другими видами оребрения. Также рисунок 3 показывает, что тепло- гидравлическая эффективность теплообменников без оребрения также оказывается высока, что связано с низким гидравлическим сопротивлением. Однако, на рисунке 2 видно, что интенсивность теплообмена значительно ниже, чем у других видов оребрения. В результате, оценив полученные данные можно сказать, что теплогидравлическая эффективность будет выше у продольного непрерывного оребрения, а самая низкая — у продольного разрезного с отгибом кромок.

На основе полученных данных разработаны режимные характеристики теплообменных аппаратов, по формулам, представленным ниже [1]:

E = Nu / ς,

где Nu — число Нуссельта, ς — коэффициент гидравлического сопротивления;

В условиях поставленной задачи эти соотношения могут быть представлены в обобщенном виде:

Nu = C * Re m,

ς = D * Re n

Значения коэффициентов C и D, а также показателей m и n для выбранных в этой задаче типов оребрения представлены в таблице 1 [1]:

Таблица 1

Параметр

Номер пучка

0

1

2

3

4

5

C

0,021

0,022

0,018

0,034

0,0097

0,085

m

0,8

0,8

0,8

0,8

0,94

0,73

D

0,3164

0,316

0,34

0,088

0,012

0,65

n

-0,25

-0,25

-0,25

0

0,25

-0,2

Таблица 1 [1]: Значение коэффициентов C, m, D, n, где 0 — значения для плоского канала, без оребрения; 1 — с продольным непрерывным типом оребрения; 2 — с продольным непрерывным оребрением в тесных пучках; 3 — с продольным оребрением с перфорацией; 4 — с продольным разрезным оребрением с поворотом ребер на угол β = 5 ° относительно направления течения; 5 — с продольным разрезным оребрением с отгибом кромок.

Значениями Re задавались с шагом 5000, начальное значение — 5000.

Площадь поперечного круглого сечения труб заданного диаметра расчитывался по формуле:

, где

F — площадь поперечного сечения;

После этого был произведен расчет скорости течения теплоносителя в канале:

;

Расход теплоносителя был определен по формуле:

;

По найденным формулам вычислили значение теплоотдачи для каждого из рассматриваемых типов оребрения:

;

На основании расчетов были составлены графики зависимости теплоотдачи от расхода теплоносителя для разных видов ребер.

Рис. 4. Режимные характеристики теплообменников с различными видами оребрения (рабочее тело — воздух)

Рис. 5. Режимные характеристики теплообменников с различными видами оребрения (рабочее тело — дымовые газы)

Результаты построения режимных характеристик представлены на рисунке 4 для воздуха, как рабочего тела, и на рисунке 5 для дымовых газов.

Разработанный графо-аналитический метод позволяет легко производить инженерный расчет теплообменных аппаратов с различными видами оребрения, что значительно сокращает период проектирования.

Литература:

  1. Горобец В. Г. Сравнительный анализ теплоотдачи и гидравлического сопротивления пучков труб с оребрением различного типа // Труды конференции РНКТ-2006. — Т.6. — с. 182–186
  2. Крюкова К. В., Маслов Н. А., Цынаева А. А. Численное моделирование теплообмена в плоском канале // Вопросы современной науки: новые достижения. — 2018. — С. 9–13.
Основные термины (генерируются автоматически): гидравлическое сопротивление, продольное разрезное оребрение, отгиб кромок, рабочее тело, различный вид оребрения, вид оребрения, поворот ребер, продольное непрерывное оребрение, рисунок, инженерный расчет.


Похожие статьи

Эффективность применения оребрения различных модификаций.

При этом для применения оребрения необходимо оценить эффективность различных типов ребер. Типы оребрения представлены на рис.1. Виды оребренных поверхностей

L- длина ребра 3000 мм; Эффективность применения оребрения различных модификаций.

Повышение эффективности компактных теплообменников...

В данной работе оребрение рассматривается на плоском канале. Модель канала была выбрана по типу каналов, применяемых в регенераторах с непосредственной теплопередачей для газотурбинных установок, работающих по открытому циклу.

Пример расчета оребренного чугунного радиатора отопления

Теперь необходимо найти количество ребер, нужных для отопления данного помещения, для этого разделим общие теплопотери станкового участка на мощность одного

Оптимальной длиной для данного радиатора будет 80 см, а шаг оребрения примем 1 см, из чего следует что

Современное состояние исследований по интенсификации...

...оребрения, закрутка потока спиральными ребрами, шнековыми устройствами, завихрителями, установленными на входе в канал

При расчете Re и  скорость потока находят по проходному сечению гладких каналов. Закрутка потока в трубах с помощью винтовых вставок.

Геометрическое определение продольной подачи при токарной...

Попов А. Ю., Реченко Д. С., Зарва В. В. Геометрическое определение продольной подачи при токарной обработке с применением

Ниже приведены результаты расчета подачи, зависящие от радиуса при вершине резца r, вспомогательного угла в плане φ1 и требуемой шероховатости...

Определение технических характеристик термоэлектрического...

На рисунке 1 представлены составляющие элементы термоэлектрического генератора, вид сбоку и внутренняя структура горячего блока.

Коэффициент эффективности оребрения определяется геометрическими параметрами ребер

Подгибка кромок стального листа по эвольвенте

Дефект образования гофра продольной кромки стального листа на кромкогибочном прессе изучался

3. Шинкин В. Н. Сопротивление материалов. Простые и сложные виды деформаций в

16. Шинкин В. Н. Гофр продольной кромки листа при его формовке на кромкогибочном...

Методы усовершенствования конструкций | Статья в журнале...

В настоящее время остро встаёт проблема ресурсосбережения при проектировании различных конструкций (в области строительства, машиностроения, самолётостроения и т. д.). В Пензенском государственном университете архитектуры и строительства всегда уделяли...

Интенсификация теплообмена в каналах | Статья в журнале...

Эффективность интенсификации для разных способов при существенно различных затратах энергии различна. Интенсификация теплообмена при использовании периодически кольцевых выступов (рис. 1). Это один из наиболее эффективных и исследованных способов...

Похожие статьи

Эффективность применения оребрения различных модификаций.

При этом для применения оребрения необходимо оценить эффективность различных типов ребер. Типы оребрения представлены на рис.1. Виды оребренных поверхностей

L- длина ребра 3000 мм; Эффективность применения оребрения различных модификаций.

Повышение эффективности компактных теплообменников...

В данной работе оребрение рассматривается на плоском канале. Модель канала была выбрана по типу каналов, применяемых в регенераторах с непосредственной теплопередачей для газотурбинных установок, работающих по открытому циклу.

Пример расчета оребренного чугунного радиатора отопления

Теперь необходимо найти количество ребер, нужных для отопления данного помещения, для этого разделим общие теплопотери станкового участка на мощность одного

Оптимальной длиной для данного радиатора будет 80 см, а шаг оребрения примем 1 см, из чего следует что

Современное состояние исследований по интенсификации...

...оребрения, закрутка потока спиральными ребрами, шнековыми устройствами, завихрителями, установленными на входе в канал

При расчете Re и  скорость потока находят по проходному сечению гладких каналов. Закрутка потока в трубах с помощью винтовых вставок.

Геометрическое определение продольной подачи при токарной...

Попов А. Ю., Реченко Д. С., Зарва В. В. Геометрическое определение продольной подачи при токарной обработке с применением

Ниже приведены результаты расчета подачи, зависящие от радиуса при вершине резца r, вспомогательного угла в плане φ1 и требуемой шероховатости...

Определение технических характеристик термоэлектрического...

На рисунке 1 представлены составляющие элементы термоэлектрического генератора, вид сбоку и внутренняя структура горячего блока.

Коэффициент эффективности оребрения определяется геометрическими параметрами ребер

Подгибка кромок стального листа по эвольвенте

Дефект образования гофра продольной кромки стального листа на кромкогибочном прессе изучался

3. Шинкин В. Н. Сопротивление материалов. Простые и сложные виды деформаций в

16. Шинкин В. Н. Гофр продольной кромки листа при его формовке на кромкогибочном...

Методы усовершенствования конструкций | Статья в журнале...

В настоящее время остро встаёт проблема ресурсосбережения при проектировании различных конструкций (в области строительства, машиностроения, самолётостроения и т. д.). В Пензенском государственном университете архитектуры и строительства всегда уделяли...

Интенсификация теплообмена в каналах | Статья в журнале...

Эффективность интенсификации для разных способов при существенно различных затратах энергии различна. Интенсификация теплообмена при использовании периодически кольцевых выступов (рис. 1). Это один из наиболее эффективных и исследованных способов...

Задать вопрос