Теплообменные аппараты (ТА), входящие в состав энергетических установок и технологических линий, производств различного назначения, по своей массе и габаритам могут составлять значительную долю от суммарной массы всего оборудования. Уменьшение массы и габаритных размеров трубчатых теплообменных аппаратов является весьма актуальной проблемой. Наиболее перспективное ее решение — интенсификация теплообмена [1, 2].
В настоящее время многими исследователями разработаны высокоэффективные методы интенсификации теплообмена, предложены эффективные теплопередающие поверхности и получены обширные данные по теплообмену и гидравлическому сопротивлению. Среди этих поверхностей следует отметить наиболее эффективные поверхности, образованные витыми трубами [1], трубами с кольцевой накаткой [2], а также пластинчатые ТА с различными интенсификаторами [3], которые отличаются при определенных параметрах опережающим ростом коэффициента теплоотдачи по сравнению с ростом коэффициента гидравлического сопротивления. Использование этих поверхностей позволяет уменьшить объем и массу ТА в 1,5¸2 раза по сравнению с гладкотрубными ТА.
В Каршинском инженерно-экономическом институте разработан новый высокоэффективный метод [4] интенсификации теплообмена в трубчатых теплообменниках с локальными турбулизаторами и проведены обширные экспериментальные исследования гидравлического сопротивления в трубках при течении жидкости в широком диапазоне изменения режимных параметров [5].
Геометрическая форма элемента локального турбулизатора (ЛТ) может быть выполнена различной конфигурации. Критериями оптимального выбора формы элементов являются, число Рейнольдса и коэффициент гидравлического сопротивления канала аппарата ξ. Отсюда следует, что необходимо стремиться получить хорошую турбулизацию потока воды с наименьшим относительным приращением гидравлического сопротивления канала.
Результаты исследований гидродинамики потока воды в трубке с использованием разработанных ЛТ показали, что главным фактором влияющим на процесс является геометрическая форма, род материала пустотела, шаг крепления, а также упругость проволоки. Визуальное наблюдение показало, что энергия набегающего потока воды придает колебательное движение всем элементам ЛТ, при 2800 £ Re. Результаты исследований представлены на Рис.1. Эмпирические зависимости получены на основе формулы Д’Арси, справедливы в пределах 1000£Re£10000. Полученные результаты эмпирическими зависимостями представлены в таблице 1.
Рис.1. Зависимость коэффициента гидравлического сопротивления от числа Рейнольдса: 1–гладкая стеклянная трубка без ЛТ, 2–8-локальные турбулизаторы с различными конфигурациями.
Таблица 1
Значения коэффициентов гидравлического сопротивления.
|
№ |
Расчетная зависимость |
|
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
6 |
|
|
7 |
|
|
8 |
|
|
9 |
|
Данные по коэффициентам гидравлического сопротивления обобщаются с точностью ±3 % в диапазоне Re=1000÷10000.
По конструкции локальных турбулизаторов коэффициент гидравлического сопротивления повышается от 2 до 3 раз.
Таким образом, используя разработанную конструкцию ЛТ в определенных условиях, можно достичь повышения турбулизации потока жидкости в трубках теплообменников с относительно небольшим увеличением гидравлического сопротивления канала.
Литература:
1. Данилов Ю. И., Дзюбенко Б. В., Дрейцер Г. А., Ашмантас Л. А. Теплообмен и гидродинамика в каналах сложной формы. М.: Машиностроение, 1986. 200 с.
2. Калинин Э. К., Дрейцер Г. А., Ярхо С. А. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: Машиностроение, 1990. 200 с.
3. Вилемас Ю. В., Воронин Г. И., Дзюбенко Б. В., Дрейцер Г. А. и др. Интенсификация теплообмена // Успехи теплопередачи / Под ред. Жукаускаса А. А. и Калинина Э. К. Вильнюс: Москлас, 1988. 188 с.
4. Патент на изобретение по теме «Турбулизирующее устройство теплообменной трубы». Бабаходжаев Р. П., Мухиддинов Д. Н., Тохтохунов К. А., Ходжаев Б. А., Ибрагимов У. Х., Юсупов Б. В., Хужанов Р. А. Зарегистрирован в государственном реестре изобретений Республики Узбекистан, г. Ташкент 28.05.2012 г.
5. Ибрагимов У. Х., Бабаходжаев Р. П., Узаков Г. Н., Хамраев Т. Я., Боймуродова Х. У. «Экспериментальное исследование процессов гидродинамики в трубках теплообменника при применении локальных турбулизаторов» // Молодой учёный, № 3(50), 2013 г. с. 56–58.
