Johdanto
Kirjoittajien kokeellisten ja laskettujen tietojen yleistäminen muiden lämpövoimalaitosten lämmönvaihtimien tehokkuutta koskevien tutkimusten tietoihin osoitti, että lämmönsiirtoprosessi lauhduttimissa, verkkovedenlämmittimissä ja höyryturbiinilaitosten regenerointijärjestelmän laitteissa sitä rajoittaa useimmissa tapauksissa lämmönsiirto höyrypuolelta. Lämmönsiirtokertoimen tasojen ero höyry- ja vesipuolelta saavuttaa 100 % riippuen laitetyypistä ja sen paikasta TPP-järjestelmässä. Sähkölämmönvaihtolaitteiston hyötysuhdetta voidaan lisätä ensisijaisesti tehostamalla lämmönsiirtoa laitteen höyrypuolelta.
Lämmönsiirron tehostaminen
Yksi tapa tehostaa lämmönsiirtoa HE:ssä liittyy eri profiloitujen putkien käyttöön. Asiantuntijoiden mukaan putket, joissa on keinotekoista karheutta sekä ulko- että sisäpuolella, voivat löytää todellista käyttöä TA:n kondensaatiossa. sisällä. Lämmönsiirron tehostaminen höyryn puolelta tässä tapauksessa määräytyy putken profiloidulla pinnalla olevan kondensaattikalvon hydrodynamiikan muutoksella - voimien vaikutuksesta johtuvalla laskulla. pintajännitys lauhdekalvon keskimääräinen paksuus, mikä muuttaa sen liikerataa ja turbulenssia. Voimistuminen vesipuolelta määräytyy myös virtauksen hydrodynamiikasta - nesteen järjestetyn virtauksen rikkomisesta viskoosissa alakerroksessa sen turbulenssin ja pyörteen vuoksi. On kuitenkin otettava huomioon, että tällaisten putkien käyttö johtaa HE:n hydraulisen vastuksen kasvuun ja vaatii siksi tutkimusta, jotta voidaan perustella profiloitujen putkien käyttökelpoisuus ja valita optimaaliset parametrit niiden profilointiin suhteessa putkiin. erityiset HE ja TEL:n käyttöolosuhteet. Asian tilan analyysi osoitti, että eriprofiilisten putkien käytön tarkoituksenmukaisuuden perustelemiseksi TA PTU:ssa on tarpeen kerätä ja yleistää penkkitutkimuksista ja kenttäkokeista saatuja tietoja laitteiden laskentamenetelmien selkeyttämiseksi.
Höyryn kondensaation aikana tapahtuvan hydrodynamiikan ja lämmönsiirron tutkimus erilaisilla profiloiduilla putkilla suoritettiin: profiloiduilla kierretyillä putkilla (PVT), pitkittäisprofiloiduilla putkilla (PPT), kaksoisprofiiliputkilla (TDP) ja vastakierteisputkilla (VVT).
Kokeet ovat osoittaneet, että pystysuorassa HTP:ssä olevan kondensaattikalvon hydrodynamiikka eroaa merkittävästi sileällä putkella olevan kalvon hydrodynamiikasta. Profiiliputkessa havaitaan kalvon kutistuminen uraan ja kiertyminen. Urien S välisen nousun pienentyessä kalvon liikeradan poikkeamakulma pystysuunnasta kasvaa ja lauhdekalvo vedetään uriin pintajännitysvoimien vaikutuksesta.
Lämmönsiirron tehostumisen suhteellinen vaikutus kiinteän höyryn lauhduttamisen aikana pystysuoraan HTP:hen riippuu pääasiassa lauhdekalvon virtaustilasta ja putken profiloinnin parametreista. Prosessiparametreista ja profilointiparametreista riippuen lämmönsiirron intensiteetti höyrylauhdutuksen aikana poikittain virtaviivaisella pystysuoralla HTP:llä on jopa 2,5 kertaa suurempi kuin kiinteää höyryä lauhduttaessa tasaiselle putkelle.
Tiedetään, että pystysuorien PHE:iden käyttö mahdollistaa lämmönsiirtokertoimen merkittävän (jopa 3,5-kertaisen) suurentamisen lauhduttavan höyryn puolelta. Tämä selittyy pintajännitysvoimien vaikutuksella kondensaattikalvoon putken profiloidulla kaarevalla pinnalla. Putken ulkonemissa tapahtuu voimakkaampaa höyryn tiivistymistä, ts. lämmönsiirtoa rajoittaa itse asiassa uria pitkin alas virtaavan kondenssivesikalvon paksuus.
PPT:n lisäksi ehdotettiin profilointia ruuvin uurretuksella, joka on samanlainen kuin PVT. Samalla oletettiin, että tehostamisen vaikutus toteutuisi mm ulkopinta putkeen (johtuen kondensaattikalvon hydrodynamiikan muutoksista) ja sen sisällä (seinän lähellä olevan jäähdytysnestekerroksen turbulenssin vuoksi). Kokeellisesti on todettu, että PPT mahdollistaa lämmönsiirron lisäämisen vesihöyryn kondensoitumisen aikana keskimäärin kaksinkertaiseksi sileään putkeen verrattuna. Lämmönsiirto lauhduttavan höyryn puolelta TDP:hen, riippuen "höyryseinämän" lämpötilaerosta, kasvaa 1,8-2,2 kertaa PPT:hen verrattuna. Tässä tapauksessa mielestämme ilmenee kaksi vaikutusta: kierteinen ura, joka on täytetty kondensaatilla pitkittäisten urien alueelta, poistaa sen osittain alaspäin suuntautuvassa spiraalissa; samaan aikaan pyörimisen vuoksi osa kondensaatista poistuu putken pinnasta; pitkittäisten ulkonemien metallin kierteinen ekstruusio, joka tunkeutuu pitkittäisurien lauhteen virtausalueelle, muodostaa niihin vuorottelevia paikallisia supistuksia, jotka häiritsevät pitkittäisuria pitkin alas virtaavaa "paksua" laminaarista lauhdekalvoa. Ensimmäinen vaikutus johtaa kondensaattikalvon keskimääräisen paksuuden pienenemiseen ja toinen - sen lisäpyörteisiin. Näiden vaikutusten summa saa aikaan lämmönsiirron tehostumisen lauhduttavan höyryn puolelta.
Yksi lupaavista PTU-lämmönvaihtimien pinnoista on putki, jossa on vastakierteinen pyälletty (VVT). Lämmönsiirtotutkimukset paikallaan pysyvän höyryn lauhdutuksen aikana ovat osoittaneet, että HWT:n lämmönsiirtokerroin on 20-30 % korkeampi kuin HWT:n vastaavalla pyälletyllä parametrilla.
Yli 100 erilaisen HTP:n kondensoivan lämmönvaihtimen vertailutestien tulokset havaitsivat, että lämmönsiirron tehostaminen riippuen putkien profiloinnin parametreista ja veden virtausmuodosta niissä (optimaalisesti valituilla HTP-parametreilla) , vaihteli välillä 10-80 %. TA:n hydraulinen vastus kasvaa tässä tapauksessa suunnilleen saman verran.
Tiedetään, että höyryn tiputuskondensaatiotilan järjestäminen on eniten lupaava suunta lämmönsiirron tehostaminen höyryn tiivistymisen aikana. Tutkimustulokset uuden vettä hylkivän aineen (polyfluorialkyylidisulfidin) käytöstä MNZh5-1- ja L68-materiaaleista valmistetuissa putkissa osoittivat, että lämmönsiirtokertoimen taso höyryn puolelta on kolmesta neljään kertaa korkeampi kuin lämmönsiirron aikana. kalvon kondensaatio. Kokeet ovat osoittaneet, että kun ilmaa tulee höyryyn (kun laite sammutetaan), lämmönsiirron tehostumisen vaikutus vähenee jyrkästi ja havaitaan sekahöyryn kondensaatiotila. Kun koetta jatkettiin, tippakondensaatiotila palautui 15–20 käyttötunnin jälkeen. Tipakondensoinnin alkamisen jälkeen lämmönsiirron taso palautui lähes alkuperäiseen arvoonsa. Tämä harjoituksen kannalta erittäin tärkeä tulos voidaan selittää ottaen huomioon nykyajan ideoita dynamiikan mukaan biologiset järjestelmät perustuu putkien hydrofobisen pinnoitteen spektrometrisiin tutkimuksiin sarjan pisarakondensaatiokokeiden jälkeen. Kokeissa käytetyn tippukondensaatiostimulaattorin rakenteessa on sekä hydrofobisia että hydrofiilisiä fragmentteja. Tämä lisää ketjun konformaatiojärjestelyn vapausasteiden määrää. Kun lämpötila laskee jyrkästi ja höyryn syöttö katkaistaan laitokseen, molekyylin hydrofiilinen fragmentti paljastuu kompaktimmaksi konformaatioksi. Kaikki tämä johtaa kalvon (sekoitetun) kondensaatiotilan toteuttamiseen ensimmäisellä hetkellä sen jälkeen, kun höyry kytketään uudelleen päälle. Edelleen vetysidoksia aiheuttaa monomolekyylisen pinnoitteen itseorganisoitumisen paljastamalla vain molekyylien hydrofobiset alueet, mikä varmistaa pisarakondensaatiotilan jatkamisen. Itse asiassa havaittu uusi tyyppi itseorganisoituva monomolekyylikalvo, joka riippuen ulkoiset olosuhteet voivat olla eri konformaatiotiloissa. Höyryn tippakondensaation lämmönsiirtokerroin tasaisella vaakaputkella (MNZH5-1) on 1,5-2,0 kertaa suurempi kuin kalvokondensaatiossa.
Penkkikokeiden tulokset vettä hylkivän aineen käytöstä HTP:ssä (vettä hylkivää ainetta levitettiin HTP:n ulkonemiin) osoittivat, että pystysuorassa HTP:ssä virtaava kondensaattikalvo erottui ja irtoaa putken pinnasta havaittiin tippakondensaatiota, joka mielestämme vähensi pinnan pystysuoran HTP:n yli virtaavan kondensaatin määrää ja johti lämmönsiirtotason nousuun 15-25 %.
Reftinskaya GRES:n K-300-240 turbiinin lauhduttimen kanssa rinnankytketyn kokeellisen moduulin (56 vaakaputkea, materiaali - MNZh5-1) puoliteollisten testien tulokset, jotka suoritettiin yhdessä NPO TsKTI:n kanssa, osoittivat, että kerran lämmönvaihtopinnalle levitettynä vettä hylkivä aine varmisti tiputustilan ylläpidon kondensaatio yli 4500 tuntia; samalla lämmönsiirtokerroin kasvoi 35-70% tippakondensaatiotilan järjestämisestä johtuen.
Lämmönvaihtimien putkien värähtely heijastuu lauhdekalvon virtauksen luonteeseen ja sitä kautta lauhduttavan höyryn lämmönsiirtoon.
Kokeellisten tietojen yleistäminen osoitti, että riippuen ominaishöyryn kuormituksesta ja tärinäparametreista, lämmönsiirtokerroin höyryn lauhdutuksen aikana värähtelevällä vaakaputkella voi nousta tai laskea verrattuna lämmönsiirtokerroin höyryn lauhtuessa kiinteässä putkessa.
tuloksia esitutkimus on tiivistetty riippuvuuksilla, jotka mahdollistavat lämmönsiirtokertoimen korjausarvon laskemisen höyrypuolelta vaaka- ja pystysuoralle HE:lle.
Laskelmat osoittavat, että vaakasuuntaisten verkkolämmittimien putkien värähtelyn vaikutus lauhduttavan höyryn puolelta tulevaan lämmönsiirtoon HSG:lle tyypillisten ominaishöyrykuormien tasolla ilmaistaan lämmönsiirtokertoimen nousuna höyryn puolelta 1,6:lla. 6,7 %.
Penkkitutkimusten ja teollisten testien tulosten perusteella useita käytännön neuvoja ammatillisten oppilaitosten lämmönvaihtimien tehokkuuden parantamiseksi:
- - Putken profiloinnin tehokkaimpien parametrien valinta tulee tehdä profilointiparametrien optimoinnin ja koko PTU:n toteutettavuustutkimuksen perusteella.
- - Käytettäessä pitkittäin profiloituja putkia ja kaksoisprofiiliputkia HE:ssä voidaan olettaa, että lämmönsiirto höyryn tiivistyessä lisääntyy 40-150 % tiheydestä riippuen. lämpövirta.
- - Kun sitä käytetään lämmönvaihtimet profiloidut putket putkien liittämisen luotettavuuden lisäämiseksi putkilevyihin tulee putkien päät varustaa sileillä 150-200 mm:n sisällä.
- - Uuden lupaavan vettä hylkivän aineen käyttö HE PTU:iden kondensoinnissa mahdollistaa lämmönsiirtokertoimen nostamisen jopa 3-kertaiseksi verrattuna kalvohöyryn kondensaatioon. Ajan myötä lämmönsiirtokerroin kuitenkin pienenee hieman.
Uskomme, että päätös TA PTU:n tehokkuutta parantavan kehityksen toteuttamiskelpoisuudesta tulisi tehdä kattavan koko voimalaitoksen kannattavuustutkimuksen perusteella. Samanaikaisesti mitä tahansa TA:ta ei tule tarkastella erillään, vaan ammatillisen oppilaitoksen orgaanisena osana. Teoksissa on esitetty tällaisen kattavan teknisen ja taloudellisen metodologian perusteet tietyille TA-ammattikouluille ja erityiset toimintaolosuhteet TPP:llä.
(DRTI FGBOU SPO "AGTU")
Koulutuksen suunta
Asennus ja tekninen toiminta jäähdytysyksiköt _________
KURSSITYÖT
KR_______15.02.06 _______.00.00.00.PZ
Lämmönsiirtokertoimen laskenta ulkoseinästä. Laboratorioon _seistä tietyissä olosuhteissa. ______________________________________________
(Aiheen otsikko)
Teos hyväksyttiin suojattavaksi 27 » Martha 2017
Työn teki ryhmän opiskelija 431 ____
__________________ __Fomin V.A. ____
Allekirjoitus (sukunimi, etu- ja sukunimi)
tieteellinen neuvonantaja työ, .__________ ________
Allekirjoitus (sukunimi, etu- ja sukunimi)
Kala 2017
liittovaltion virasto kalastusta
Liittovaltion budjettikoulutuslaitos
Korkeampi koulutus
"Astrakhanin osavaltio Teknillinen yliopisto»
Dmitrovskin kalastus teknologinen instituutti(haara)
liittovaltion budjetti oppilaitos keskellä ammatillinen koulutus"Astrakhanin osavaltion tekninen yliopisto"
(DRTI FGBOU SPO "AGTU")
HARJOITTELE
teloitusta varten tutkielma
opiskelija- opiskeluryhmä ___431 __DRTI FGBOU SPO "AGTU"
__________________Fomin Vladimir Aleksandrovich ______________________
(sukunimi, etunimi, sukunimi - kokonaan)
KURSSITYÖN AIHE
Lämmönsiirtokertoimen laskenta ulkoseinästä. ____________
Laboratoriotelineen tietyissä olosuhteissa _______________
KURSSITYÖN ALKUTIEDOT
W,Lauhdutinputken tuloveden lämpötila _____ 21,8 o C,
Kylmäaineen kastepiste __ 100 o C,
Veden massavirtaus lauhdutinputken läpi _____ 0,0001 kg/s,
Kokeellinen putken ulkohalkaisija ___ 0,0156 m,
Kokeellinen putken sisähalkaisija 0,018 m,
Kurssin työn esittely päämiehelle" 27 » Martha 2017
suojauspäivä" _ » ______________ 2017
Johdanto
Tiivistyminen- aineen siirtyminen nesteeksi kiinteässä tilassa kaasumaisesta. Maksimilämpötilaa, jonka alapuolella kondensaatiota tapahtuu, kutsutaan kriittiseksi lämpötilaksi.
Kun höyry kulkee putken läpi, se tiivistyy vähitellen ja seinille muodostuu kondenssivesikalvo. Samanaikaisesti höyryn virtausnopeus G "ja sen nopeus pienenevät höyryn massan vähenemisen vuoksi putken pituudella ja lauhteen virtausnopeus G kasvaa. Höyryn nopeuden kasvaessa lämpö siirtointensiteetti kasvaa. Tämä johtuu kondensaattikalvon paksuuden pienenemisestä, joka virtaa nopeammin höyryvirtauksen vaikutuksesta. Sekunnissa nesteen pinta-alayksikköä kohti lähtevien molekyylien määrä riippuu nesteen lämpötilasta. neste Höyrystä nesteeseen palaavien molekyylien määrä riippuu höyrymolekyylien pitoisuudesta ja keskinopeus niitä lämpöliikettä, joka määräytyy höyryn lämpötilan mukaan. Putkien tiivistyessä höyryn määrää rajoittavat putken seinämät. Putket voivat olla tarpeeksi pitkiä tiivistymään suuri määrä pari. Höyryllä on suunnattua liikettä, ja jälkimmäisen nopeus voi olla erittäin suuri (jopa 100 m/s tai enemmän). Putkien kondensoitumisen aikana tilat erotetaan toisistaan saattaa loppuun ja osittainen höyryn tiivistymistä. Ensimmäisessä tapauksessa kaikki putkeen tuleva höyry kondensoituu kokonaan, ja jatkuva lauhteen virtaus liikkuu putken ulostulossa. Osittaisella kondensaatiolla putken ulostulossa virtaa höyry-neste-seos.
Syntymistä varten tilavuus kondensaatio, höyryn on oltava ylikyllästynyt - sen tiheyden on oltava suurempi kuin tiheys kylläistä höyryä. Tässä tapauksessa höyryn tulee sisältää pienimmät pölyhiukkaset (aerosolit), jotka toimivat valmiina kondensaatiokeskuksina. Lämpöä on poistettava, jotta jokainen kilo kyllästettyä höyryä muunnetaan nesteeksi.
Nesteen pinta-alayksiköstä yhdessä sekunnissa vapautuvien molekyylien määrä riippuu nesteen lämpötilasta. Höyrystä nesteeseen palaavien molekyylien määrä riippuu höyrymolekyylien pitoisuudesta ja niiden lämpöliikkeen keskimääräisestä nopeudesta, joka määräytyy höyryn lämpötilan mukaan. Tästä seuraa, että varten annettua ainetta nesteen ja sen höyryn tasapainossa olevien höyrymolekyylien pitoisuus määräytyy niiden tasapainolämpötilan perusteella. Dynaamisen tasapainon muodostuminen haihtumis- ja kondensaatioprosessien välille lämpötilan noustessa tapahtuu korkeammilla höyrymolekyylipitoisuuksilla. Lämpötilan noustessa kyllästyshöyryn paine ja sen tiheys kasvavat ja nesteen tiheys pienenee. lämpölaajeneminen. Hermeettisesti suljetussa astiassa neste ei voi kiehua, koska kullakin lämpötila-arvolla nesteen ja sen kylläisen höyryn välille muodostuu tasapaino.
Koulutus- ja laboratoriotelineet- tämä on välttämätön materiaalinen ja tekninen perusta, jota vaativat sekä ensisijainen että toissijainen ja korkeampi koulutusinstituutiot. Tämä perusta mahdollistaa sen osoittamisen erilaisia prosesseja, joka tarjoaa tehokkaan koulutustoiminnan.Laboratoriotelineet ovat käytössä havaintoväline ja auttaa myös omaksumaan paremmin opiskeluaiheen. Ja auttaa tutkimuksessa
monet lämpöasennukset. Jalusta tarjoaa myös maksimin
tutkittavan järjestelmän ja siinä tapahtuvan prosessin näkyvyys. Telineet auttavat korkeasti koulutetun henkilöstön koulutuksessa, aseistettu nykyaikainen tieto, käytännön taitoja. Opiskelijan suoritus käytännön työ On tärkeä työkalu syvempää assimilaatiota ja opiskelua koulutusmateriaalia ja käytännön taitojen hankkiminen.
Haihtuminen on prosessi, jolla aine siirtyy pois nestemäinen tila aineen pinnalla esiintyväksi höyryksi tai kaasumaiseksi. Haihdutusprosessi on päinvastainen kondensaatioprosessille (siirtymä höyrystä nesteeksi). Haihtumisen aikana hiukkaset (molekyylit, atomit) lentää (repäisevät) nesteen tai kiinteän aineen pinnalta, kun taas niiden kineettinen energia Sen on oltava riittävä suorittamaan tarvittava työ nesteen muiden molekyylien vetovoiman voittamiseksi.
Haihtuminen on endoterminen prosessi, jossa lämpö imeytyy vaihemuutos- haihtumislämpö, joka kuluu molekyylien koheesiovoimien voittamiseen nestefaasi ja laajenemistyö nesteen muuntamisessa höyryksi. Haihdutusprosessi riippuu molekyylien lämpöliikkeen intensiteetistä: mitä nopeammin molekyylit liikkuvat, sitä nopeammin haihtuminen tapahtuu. Samalla tavalla Tärkeä tekijä on myös nesteen pinta-ala, josta haihtuu.
Haihtumisnopeus riippuu:
1. nesteen pinta-ala.
2. lämpötila (nousee), vaikka se tapahtuu missä tahansa lämpötilassa eikä vaadi jatkuvaa lämmön syöttöä. Haihdutuksen aikana nesteen lämpötila laskee.
3. molekyylien liikkuminen nesteen tai kaasun pinnalla,
4. aineen tyyppi.
Haihtumista voi tapahtua paitsi pinnasta, myös suurimmasta osasta nestettä. Nesteet sisältävät aina pieniä kaasukuplia. Jos nesteen kyllästyshöyryn paine on yhtä suuri tai suurempi kuin ulkoinen paine (eli kuplissa olevan kaasun paine), neste haihtuu kupliin. Höyryllä täytetyt kuplat laajenevat ja kelluvat pintaan. Tätä prosessia kutsutaan kiehuvaa.
Lämmönsiirron tehostaminen
Voimistuminen- tuotannon kehittämisen prosessi ja organisaatio, jossa eniten tehokkaita keinoja tuotanto ja tuotannon laajentaminen. Resurssien kulutuksen muuntamisprosessi sekä uusien laitteiden käyttö voivat lisätä tuottavuutta.
Lämmönsiirron tehostaminen on yksi tärkeimmistä teknisistä tehtävistä, koska lämmönsiirtokertoimen nostaminen mahdollistaa lämmönsiirtojen tietyllä lämpösuorituskyvyllä ja lämpötiloilla pienentää lämmönvaihtopintaa ja siten pienentää painoa, kokoa ja lämmönvaihtimen hinta.
Monilla tekniikan aloilla lämmönsiirtoprosessin tehostaminen ja erittäin tehokkaiden lämmönvaihtimien luominen ovat erittäin tärkeitä. Lämmönsiirtoprosessien tehostamiseksi käytetään seuraavia menetelmiä:
· Saostumien (liete, suolat, syövyttävät oksidit) ehkäisy järjestelmällisellä huuhtelulla, puhdistuksella ja lämmönvaihtopintojen erikoiskäsittelyllä sekä aineiden ja epäpuhtauksien alustavalla erotuksella lämmönsiirtoaineista, jotka muodostavat saostumia;
· Putkien ja renkaiden tilojen puhdistaminen inertteistä kaasuista, jotka vähentävät merkittävästi lämmönsiirtoa höyryn tiivistymisen aikana;
· Lämmönvaihtopinnan rivetys, joka on tarkoituksenmukainen sekä lämmönsiirtokertoimen lisäämiseen että lämmönvaihtimen massan pienentämiseen. Rivien pintaan, joka on 5-10 kertaa suurempi kuin kantoputkien pinta, ei kohdistu yksipuolista painetta, ja siksi rivat voidaan valmistaa ohuemmasta materiaalista kuin putkien seinämät ja siten saavuttaa laitteen massan ja metaanin kulutuksen merkittävä väheneminen.
Säteilevän lämmönsiirron perusyhtälön säteilevän ja konvektiivisen lämmönsiirron tehostuminen osoittaa, että ominaislämpökuormituksen kasvu säteilyn pinta voidaan saavuttaa pääasiassa nostamalla adiabaattista palamislämpötilaa. AT alempi tutkinto säteilylämmönvaihdon tehokkuuteen vaikuttavat palamistuotteiden lämpötila uunin ulostulossa sekä seulojen ja seulojen lämmityspintojen lämpöhyötysuhde. Tietyn polttoaineen adiabaattisen palamislämpötilan nostaminen on mahdollista alentamalla ylimääräistä ilmakerrointa, vähentämällä kemiallisen alipolton häviöitä ja nostamalla polttoaineen palamiseen käytettävän ilman lämpötilaa.
Ylimääräisen ilman kertoimen ja säädellyn kemiallisen alipolton optimaalinen arvo tämän mallin uunissa on annettu kohdassa Ch. 3. Säteilevän ja konvektiivisen lämmönsiirron tehostaminen ja ilman lämpötilan nousu on mahdollista kattilaelementtien lämmön absorption jakautumisen teknisten ja taloudellisten olosuhteiden, ilmanlämmittimen ja mekaanisten uunien toiminnan luotettavuuden rajoittamissa rajoissa. polttoaineen kerrospolton aikana. Näiden määräysten perusteella suositellut ilmanlämmityslämpötilat on annettu. Palamistuotteiden lämpötila uunin ulostulossa määrää suurelta osin kattilan yleiset tekniset ja taloudelliset ominaisuudet, mukaan lukien sen toiminnan luotettavuus ja keskeytymätön toiminta. Kiinteää polttoainetta poltettaessa palamistuotteiden lämpötilan nousua uunin ulostulossa rajoittavat seulojen ja uunin takana olevien lämmityspintojen kuona-olosuhteet. Polttoöljyä ja kaasua poltettaessa palamistuotteiden lämpötila uunin ulostulossa määräytyy järkevä jakautuminen säteilevien ja konvektiivisten lämmityspintojen lämmön absorptio. Tämä kysymys ja palamistuotteiden suositellut lämpötilat uunin ulostulossa palamisen aikana monenlaisia polttoaineen ja uunien suunnittelua käsitellään Ch. 4, 6, 8. Lämpöhyötysuhdekerrointa voidaan kasvattaa nostamalla kaltevuus x lämmityspinnat erityisesti käyttämällä kaksoisvaloverkkoja ja -suojuksia sekä pitämällä lämmityspinnat puhtaina niiden järjestelmällisen epäpuhtauksien puhdistuksen aikana puhaltamalla tai mekaaninen vaikutus putkien päällä.
Säteilevän ja konvektiivisen lämmönsiirron tehostaminen, kuten lämmönsiirtokertoimien määrityslausekkeista ilmenee, on mahdollista lisäämällä jäähdytysnesteen, ensisijaisesti palamistuotteiden, nopeutta sekä pienentämällä putkien halkaisijaa d tai vastaavan kanavan halkaisija d K . Samaan aikaan kerroin konvektiivinen lämmönsiirto kasvaa suhteessa kaasun nopeuteen tehoon 0,6-0,8 ja kääntäen verrannollisesti määräävään kokoon d tehoon 0,4-0,2 riippuen putkien sijainnista suhteessa kaasuvirtaukseen. Näin ollen kattilan tarvittavat konvektiiviset elementit vähenevät. Kaasujen nopeuden kasvaessa lämmityspinnan aerodynaaminen vastus kuitenkin kasvaa, mikä on verrannollinen kaasujen nopeuden neliöön, ja vastaavasti sähkön kulutus lisääntyy vetovoimaan. . Tässä suhteessa syntyy taloudellisesti kannattavia rajoja kaasujen nopeuden lisäämiselle, joita myös rajoittavat (kiinteää polttoainetta poltettaessa) lämmityspintojen kulumisolosuhteet.
Laajemmin käytetty on toinen tapa lisätä konvektiivisen lämmönsiirron tehokkuutta (säteilyllisen ja konvektiivisen lämmönsiirron tehostaminen) - putkien ja vastaavien kanavien halkaisijan pienentäminen. Putkien halkaisijan pienentyessä putkinippujen aerodynaaminen vastus kaasun vakionopeudella jopa hieman pienenee. Konvektiivisiin lämmityspintoihin käytettävien putkien halkaisijan pienentäminen on yksi viime vuosikymmenien tunnusomaisista suuntauksista kattilasuunnittelun kehityksessä.
Lämmönsiirtoprosessien tehostumisen seurauksena on lämmönsiirtokertoimen nousu, joka puhtailla lämmönvaihtopinnoilla määräytyy lämmitys- ja lämmitettyjen jäähdytysnesteiden puolelta tulevien lämmönsiirtokertoimien perusteella. Usein käytettyjen lämmönsiirtoaineiden fysikaalis-kemialliset ominaisuudet vaihtelevat merkittävästi, niiden paine ja lämpötila sekä lämmönsiirtokertoimet eivät ole samat. Näin ollen lämmönsiirtokertoimen arvo vesipuolella α = 2000 ... 7000 W / (m 2 K), kaasun jäähdytysnesteen puolella α ≤ 200 W / (m 2 K), viskoosit nesteetα \u003d 100 ... 600 W / (m 2 K). On selvää, että lämmönsiirron tehostaminen tulisi suorittaa jäähdytysnesteen puolelta, jolla on pieni lämmönsiirtokertoimen arvo. Lämmönsiirtokertoimien samalla arvojen järjestyksellä lämmönsiirron tehostaminen voidaan suorittaa molemmin puolin lämmönsiirtoa, mutta ottaen huomioon toiminnalliset ja tekniset ominaisuudet.
Yleensä lämmönsiirron voimistuminen liittyy energiakustannusten nousuun lisääntyvän hydraulisen vastuksen voittamiseksi. Siksi yksi lämmönsiirtimien lämmönsiirron tehostamisen tarkoituksenmukaisuutta kuvaavista tärkeimmistä indikaattoreista on sen energiatehokkuus. Lämmönsiirron intensiteetin kasvun tulee olla oikeassa suhteessa hydraulisen vastuksen lisääntymiseen.
Lämmönsiirron tehostamiseen käytetään seuraavia päämenetelmiä:
karkeiden pintojen ja pintojen rakentaminen monimutkainen muoto, mikä edistää virtauksen turbulenssia lähellä seinää olevaa kerrosta;
turbulenttien käyttö kanavissa;
lämmönvaihtopinta-alan lisääminen evien avulla;
sähkö-, magneetti- ja ultraäänikenttien vaikutus jäähdytysnesteen virtaukseen;
lähellä seinää olevan kerroksen turbulenssi järjestämällä vaihtelut vastaantulevan virtauksen nopeudessa ja sen pyörteessä;
mekaaninen vaikutus lämmönvaihtopintaan sen pyörimisen ja tärinän vaikutuksesta;
rakeisen suuttimen käyttö sekä paikallaan että pseudoliikkuvassa tilassa;
kiinteiden hiukkasten tai kaasukuplien lisääminen jäähdytysnesteeseen.
Mahdollisuus ja tarkoituksenmukaisuus käyttää yhtä tai toista tehostamismenetelmää tietyissä olosuhteissa määräytyy tämän menetelmän teknisten ominaisuuksien ja tehokkuuden mukaan.
Yksi yleisimmin käytetyistä lämmönsiirron tehostamiseen (lämpövirtauksen lisäämiseen) käytetyistä menetelmistä on putkien ulkopinnan ripaus edellyttäen, että rengasmaiseen tilaan johdetaan jäähdytysnestettä, jonka lämmönsiirtokerroin on alhainen.
Joidenkin putkien lämmönsiirron tehostamiseen käytettyjen laitteiden kaaviot on esitetty taulukossa. 7.1.
7.1. Tehostukseen käytettävien laitteiden kaaviot
lämmönsiirto
|
resori |
resori | ||
|
kierretty |
Putki kierteisillä tasaisesti määritellyillä ulkonemilla |
|
|
|
Jatkuva ruuvisekoitin |
Kierretty putki | ||
|
Rengasmainen kanavatyyppi diffuusori-sekoitin |
Vuorotellen tasaisesti muotoiltuja rengasmaisia ulkonemia päällä sisäpinta sileä putki |
Käytetään siipipyörteitä, jaksottaisia ruuvipyörteitä, joiden keskusrunko on eri muotoinen, jne. On huomattava, että samanaikaisesti kun lämmönsiirtokerroin kasvaa 30 ... 40%, hydraulinen vastus lisääntyy 1,5-2,5 kertaa. Tämä selittyy sillä, että energian hajoaminen suuren mittakaavan pyörrerakenteiden hajoamisen aikana (ne syntyvät, kun virtaus pyörii) ylittää merkittävästi turbulenssin syntymisen - heikkenevien pyörteiden ruokkimiseksi ulkopuolelta saadaan jatkuvaa energiaa. tarvittu.
On todettu, että turbulentti- ja siirtymävirtaustiloissa on suositeltavaa tehostaa turbulenttisia pulsaatioita ei virtausytimessä, vaan lähellä seinää olevaa kerrosta, jossa turbulenttinen lämmönjohtavuus on alhainen ja lämpövuon tiheys maksimaalinen, koska tämä kerros osuus on 60 ... 70 % käytettävissä olevasta lämpötilaerosta "seinäneste". Miten lisää numeroa R r, sitä ohuempaan kerrokseen on tarkoituksenmukaista vaikuttaa.
Yllä olevat suositukset voidaan toteuttaa luomalla jollain tavalla, esimerkiksi pyällettämällä, vuorotellen tasaisesti määritellyt rengasmaiset ulkonemat sileän putken sisäpinnalle. Nesteiden pudotukseen, jossa on P r = 2…80 parhaat tulokset saatiin aikaan t sun /d int = 0,25 ... 0,5 ja d sun / d int = 0,94 ... 0,98. Joten, kun R e = 10 5, lämmönsiirto kasvaa 2,0-2,6 kertaa ja hydraulinen vastus lisääntyy 2,7-5,0 kertaa sileän putken lämmönsiirtoon verrattuna. Ilman osalta hyviä tuloksia saatiin t sun /d in = 0,5 ... 1,0 ja d aurinko / d in = 0,9 ... 0,92: virtauksen siirtymäalueella (R e = 2000 ... 5000) lämmönsiirron lisäys 2,8 ... 3,5 kertaa ja vastuksen lisääntyminen 2,8-4,5 kertaa (verrattuna sileään putkeen).
Mekaanisen vaikutuksen menetelmiä lämmönvaihtopintaan ja vaikutusta sähkö-, ultraääni- ja magneettikenttien virtaukseen ei ole vielä tutkittu riittävästi.
Konvektiivinen lämmönsiirto
Konvektio- tämä on lämmön liikettä, joka johtuu tiettyjen makroskooppisten neste- tai kaasutilavuuksien liikkeestä. Konvektioon liittyy aina lämmönsiirto johtumisen kautta.
Alla konvektiivinen lämmönsiirto ymmärtää lämmön etenemisprosessia nesteessä (tai kaasussa) kiinteän kappaleen pinnasta tai sen pinnalle samanaikaisesti konvektiolla ja lämmönjohtavuudella. Tällaista lämmön leviämistä kutsutaan myös lämmönsiirroksi kosketuksella tai yksinkertaisesti lämmönsiirrolla.
Lämmönsiirto konvektiolla on sitä voimakkaampaa, mitä turbulenssimmin nesteen koko massa liikkuu ja sitä voimakkaammin sen hiukkasten sekoittuminen tapahtuu. Että. Konvektio liittyy mekaaniseen lämmönsiirtoon ja riippuu voimakkaasti nestevirtauksen hydrodynaamisista olosuhteista.
Tapahtuman luonteen mukaan nesteen liikkeen luonteesta erotetaan kaksi tyyppiä:
1. vapaa nesteen liike (esim. luonnollinen konvektio) - johtuu kuumennettujen ja kylmien nestemäisten hiukkasten tiheyseroista ja sen määrää fyysiset ominaisuudet neste, sen tilavuus ja lämpötilaerot kuumennettujen ja kylmien hiukkasten välillä.
2. pakko (pakko) nesteen liike ( pakotettu konvektio) tapahtuu jonkin vieraan patogeenin, kuten pumpun, tuulettimen, vaikutuksen alaisena. Sen määräävät nesteen fysikaaliset ominaisuudet, sen nopeus, sen kanavan muoto ja koko, jossa liike suoritetaan.
AT yleinen tapaus Pakon liikkeen ohella myös vapaa liike voi kehittyä samanaikaisesti. Lämmönsiirtoprosessit liittyvät erottamattomasti nesteen liikkeen olosuhteisiin. Kuten tiedetään, on olemassa kaksi päävirtausjärjestelmää: laminaarinen ja turbulentti. klo laminaari virtaus Virtaus on rauhallinen ja aaltoileva. Turbulentilla - liike on epäjärjestynyt, pyörteinen. Lämmönsiirtoprosesseissa työnesteen liiketavalla on erittäin hyvin tärkeä, koska se määrittää lämmönsiirtomekanismin.
Lämmönsiirtomekanismi konvektiolla
(konvektiivinen lämmönsiirto)
Tarkastellaan lämmönsiirtoprosessia konvektiolla ja lämmönjohtavuudella kiinteän kappaleen pinnalta sitä pesevän nesteen (tai kaasun) virtaukseen tai päinvastoin virtauksesta kiinteä runko esimerkiksi lämmönvaihtimen seinään.
Virtauksen ytimessä lämmönsiirto tapahtuu samanaikaisesti lämmön johtumisen ja konvektion avulla. Lämmönsiirtomekanismille virtauksen ytimessä väliaineen pyörteisen liikkeen aikana on ominaista voimakas sekoittuminen pyörteisistä sykkimistä, mikä johtaa lämpötilojen tasaamiseen ytimessä tiettyyn keskiarvoon tav (tav1 tai tav2). Näin ollen lämmönsiirto sydämessä määräytyy ensisijaisesti jäähdytysnesteen liikkeen luonteen mukaan, mutta riippuu myös sen lämpöominaisuuksista. Kun lähestymme seinää, lämmönsiirron intensiteetti vähenee. Tämä selittyy sillä, että seinän lähelle muodostuu hydrodynaamisen rajakerroksen kaltainen lämpörajakerros. Että. kun tulet lähemmäs seinää suurempi arvo saa lämmönjohtavuuden, ja seinän välittömässä läheisyydessä (erittäin ohuessa laminaarisessa lämpöalakerroksessa) lämmönsiirto tapahtuu vain lämmönjohtavuuden avulla.
Terminen raja-alikerroksen katsotaan olevan lähellä seinää olevaa kerrosta, jossa turbulenttien vaihtelujen vaikutus lämmönsiirtoon tulee olemaan merkityksetön.
On syytä erottaa, että t/rekyylin intensiteetti määräytyy pääasiassa lähellä seinää olevan alikerroksen lämpöresistanssista, joka verrattuna ytimen lämpövastukseen osoittautuu ratkaisevaksi.
Turbulenttisessa nestevirtauksessa lämmönsiirto tapahtuu paljon intensiivisemmin kuin laminaarivirralla. Virtauksen turbulenssin kasvaessa sekoittuminen lisääntyy, mikä johtaa rajakerroksen paksuuden pienenemiseen ja siirrettävän lämmön määrän lisääntymiseen.
Yksi käytännön tehtäviä tekniikassa on turbulenssin kehittyminen jäähdytysnesteiden liikkumisen aikana.
Lämmönvaihtolaitteiston turbulenssin kehittämisen tarkoituksena on vähentää lämpöraja-alakerroksen paksuutta, tässä tapauksessa prosessia rajoittaa vain konvektio.
Molekyylilämmönjohtavuudella siirretyn lämmön määrä määräytyy Fourierin lain mukaan:
t on lämpötila rajalla
Konvektiolla siirtyvä lämpö määräytyy Newtonin lain tai lämmönsiirron lain mukaan:
(2)
Pinnalla F, jonka lämpötila on t st, siirtämä lämpömäärä ympäristöön, jonka lämpötila on t cf, on suoraan verrannollinen lämmönvaihtopintaan ja lämpötilaeroon m / t st ja t cf ympäristöön.
Myrskyisistä sykkeistä johtuen lämpötilat tasoittuvat ja ne voidaan rinnastaa.
Yhdistämällä (1) ja (2) yhtälö, jonka saamme:
Mutta arvoa on vaikea määrittää.
lämmönsiirtokerroin, [W / m 2 K] - näyttää kuinka paljon lämpöä siirtyy 1 m 2 seinän pinnasta nesteeseen, kun seinän ja nesteen välinen lämpötilaero on yhden asteen.
Arvo kuvaa lämmönsiirron voimakkuutta kappaleen pinnan, esimerkiksi kiinteän seinän ja pinnan välillä ympäristöön(pisara neste tai kaasu).
Lämmönsiirtoprosessi on monimutkainen prosessi, ja lämmönsiirtokerroin on monimutkainen toiminto useita tälle prosessille ominaisia määriä.
Lämmönsiirtokerroin riippuu seuraavista tekijöistä:
Nesteen nopeus, sen tiheys ja viskositeetti, eli muuttujat, jotka määräävät nesteen virtausjärjestelmän;
Nesteen lämpöominaisuudet (ominaislämpökapasiteetti C p, lämmönjohtavuus) sekä tilavuuden laajenemiskerroin;
