pengantar
Generalisasi data percobaan dan perhitungan penulis dengan data penelitian lain tentang efisiensi penukar panas pembangkit listrik termal menunjukkan bahwa proses perpindahan panas di kondensor, pemanas air jaringan dan peralatan sistem regenerasi pembangkit turbin uap dalam banyak kasus dibatasi oleh perpindahan panas dari sisi uap. Perbedaan tingkat koefisien perpindahan panas dari sisi uap dan air mencapai 100%, tergantung pada jenis peralatan dan tempatnya dalam skema TPP. Meningkatkan efisiensi peralatan pertukaran panas daya dapat dicapai terutama dengan mengintensifkan perpindahan panas dari sisi uap peralatan.
Intensifikasi perpindahan panas
Salah satu cara untuk mengintensifkan perpindahan panas di HE dikaitkan dengan penggunaan tabung dengan profil yang berbeda. Menurut para ahli, tabung di mana kekasaran buatan terjadi baik di luar maupun di dalam dapat digunakan secara nyata dalam mengembunkan TA. Intensifikasi perpindahan panas dari sisi uap ditentukan oleh perubahan hidrodinamika film kondensat pada permukaan profil tabung - penurunan karena aksi gaya tegangan permukaan dari ketebalan rata-rata film kondensat, perubahan dalam lintasan pergerakan dan turbulensinya. Intensifikasi dari sisi air juga ditentukan oleh hidrodinamika aliran - pelanggaran aliran teratur fluida dalam sublapisan kental karena turbulensi dan pusarannya. Namun, harus diperhitungkan bahwa penggunaan tabung tersebut mengarah pada peningkatan resistensi hidrolik HE, yang berarti memerlukan penelitian untuk membenarkan kelayakan penggunaan tabung berprofil dan untuk memilih parameter optimal untuk profilnya di kaitannya dengan HE spesifik dan kondisi operasi STU. Analisis keadaan masalah menunjukkan bahwa untuk membenarkan kelayakan menggunakan tabung dengan profil berbeda di TA PTU, perlu untuk mengumpulkan dan menggeneralisasi data dari studi bangku dan uji lapangan untuk mengklarifikasi metode untuk menghitung perangkat.
Studi hidrodinamika dan perpindahan panas selama kondensasi uap pada berbagai profil tabung dilakukan pada: tabung bengkok profil (PVT), tabung profil memanjang (PPT), tabung profil ganda (TDP) dan tabung kontra-heliks (VVT).
Eksperimen telah menetapkan bahwa hidrodinamika film kondensat pada HTP vertikal berbeda secara signifikan dari hidrodinamika film pada tabung halus. Pada tabung profil, proses menyusutkan film ke dalam alur dan puntiran diamati. Dengan penurunan pitch antara alur S, sudut deviasi lintasan film dari arah vertikal meningkat dan film kondensat ditarik ke dalam alur karena gaya tegangan permukaan.
Efek relatif intensifikasi perpindahan panas selama kondensasi uap stasioner pada HTP vertikal terutama tergantung pada rezim aliran film kondensat dan parameter profil tabung. Bergantung pada parameter proses dan parameter profil, intensitas perpindahan panas selama kondensasi uap pada HTP vertikal yang disederhanakan secara melintang hingga 2,5 kali lebih tinggi daripada ketika uap stasioner dikondensasi pada tabung halus.
Diketahui bahwa penggunaan PHE vertikal memungkinkan untuk secara signifikan (hingga 3,5 kali) meningkatkan koefisien perpindahan panas dari sisi uap kondensasi. Hal ini dijelaskan oleh aksi gaya tegangan permukaan pada film kondensat pada permukaan lengkung tabung yang diprofilkan. Pada tonjolan tabung, kondensasi uap yang lebih intens terjadi, mis. perpindahan panas sebenarnya dibatasi oleh ketebalan film kondensat yang mengalir ke bawah alur.
Diusulkan untuk membuat profil tambahan PPT dengan knurling sekrup, mirip dengan PVT. Dalam hal ini, diasumsikan bahwa efek intensifikasi akan diwujudkan baik pada permukaan luar tabung (karena perubahan hidrodinamika film kondensat) dan di dalamnya (karena turbulisasi lapisan pendingin dekat dinding). Telah ditetapkan secara eksperimental bahwa PPT memungkinkan untuk meningkatkan tingkat perpindahan panas selama kondensasi uap air rata-rata dua kali dibandingkan dengan tabung halus. Perpindahan panas dari sisi uap kondensasi ke TDP, tergantung pada perbedaan suhu "dinding uap", meningkat 1,8-2,2 kali dibandingkan dengan PPT. Dalam hal ini, menurut pendapat kami, dua efek dimanifestasikan: alur heliks, diisi dengan kondensat dari area alur memanjang, sebagian menghilangkannya dalam spiral ke bawah; pada saat yang sama, karena rotasi, bagian dari kondensat dikeluarkan dari permukaan tabung; ekstrusi heliks dari logam tonjolan longitudinal, menembus ke dalam area aliran kondensat di alur longitudinal, membentuk penyempitan lokal bergantian di dalamnya, yang mengganggu film kondensat laminar "tebal" yang mengalir ke bawah alur longitudinal. Efek pertama mengarah pada penurunan ketebalan rata-rata film kondensat, dan yang kedua - untuk turbulensi tambahannya. Penjumlahan efek ini menyebabkan intensifikasi perpindahan panas dari sisi uap yang mengembun.
Salah satu permukaan yang menjanjikan untuk penukar panas PTU adalah tabung dengan counter helical knurling (VVT). Studi perpindahan panas selama kondensasi uap stasioner telah menunjukkan bahwa koefisien perpindahan panas HWT adalah 20-30% lebih tinggi daripada HWT dengan parameter knurling serupa.
Hasil tes perbandingan lebih dari 100 penukar panas kondensasi yang berbeda dengan HTP menemukan bahwa intensifikasi perpindahan panas, tergantung pada parameter profil tabung dan mode aliran air di dalamnya (dengan parameter HTP yang dipilih secara optimal), berkisar antara 10 sampai 80%. Resistansi hidrolik TA dalam hal ini meningkat kira-kira dalam jumlah yang sama.
Diketahui bahwa pengaturan rezim kondensasi tetesan uap adalah arah yang paling menjanjikan untuk mengintensifkan perpindahan panas selama kondensasi uap. Hasil penelitian penggunaan anti air baru (polyfluoroalkyl disulfide) untuk tabung yang terbuat dari bahan MNZh5-1 dan L68 menunjukkan bahwa tingkat koefisien perpindahan panas dari sisi uap tiga sampai empat kali lebih tinggi dari perpindahan panas selama kondensasi film. Eksperimen telah menetapkan bahwa ketika udara memasuki uap (pada saat unit dimatikan), efek intensifikasi perpindahan panas menurun tajam dan mode kondensasi uap campuran diamati. Ketika percobaan dilanjutkan, mode kondensasi tetes dipulihkan setelah 15-20 jam pengoperasian instalasi. Setelah dimulainya kembali kondensasi tetes, tingkat perpindahan panas dikembalikan hampir ke nilai aslinya. Hasil ini, yang sangat penting untuk praktik, dapat dijelaskan dengan mempertimbangkan konsep modern tentang dinamika sistem biologis berdasarkan studi spektrometri lapisan hidrofobik tabung setelah serangkaian percobaan kondensasi tetesan. Stimulator kondensasi tetes yang digunakan dalam percobaan memiliki struktur fragmen hidrofobik dan hidrofilik. Hal ini meningkatkan jumlah derajat kebebasan dari susunan konformasi rantai. Dengan penurunan suhu yang tajam dan mematikan pasokan uap ke instalasi, konformasi yang lebih kompak diwujudkan dengan pemaparan fragmen hidrofilik molekul. Semua ini mengarah pada penerapan mode kondensasi film (campuran) pada saat awal setelah uap dihidupkan kembali. Selanjutnya, ikatan hidrogen menyebabkan self-organisasi dari lapisan monomolekul, memperlihatkan hanya daerah hidrofobik molekul, yang memastikan dimulainya kembali mode kondensasi tetesan. Faktanya, jenis baru film monomolekul yang mengatur sendiri diamati, yang, tergantung pada kondisi eksternal, dapat berada dalam keadaan konformasi yang berbeda. Koefisien perpindahan panas untuk kondensasi tetesan uap pada tabung horizontal halus (MNZH5-1) adalah 1,5-2,0 kali lebih tinggi daripada untuk kondensasi film.
Hasil bench test penggunaan water repellent pada HTP (water repellent diaplikasikan pada tonjolan HTP) menunjukkan bahwa pada HTP vertikal terjadi pemisahan dan pelepasan film kondensat yang mengalir dari permukaan tube pada zona-zona kondensasi tetes diamati, yang, menurut pendapat kami, menyebabkan penurunan jumlah kondensat yang mengalir pada permukaan HTP vertikal dan menyebabkan peningkatan tingkat perpindahan panas sebesar 15-25%,
Hasil uji semi-industri dari modul eksperimental (56 tabung horizontal, bahan - MNZh5-1), yang dihubungkan secara paralel dengan kondensor turbin K-300-240 di Reftinskaya GRES, yang dilakukan bersama dengan NPO TsKTI, menunjukkan bahwa anti air, bila diterapkan sekali ke permukaan pertukaran panas, memastikan pemeliharaan mode tetesan kondensasi selama lebih dari 4500 jam; pada saat yang sama, koefisien perpindahan panas meningkat 35-70% karena pengaturan mode kondensasi tetes.
Getaran tabung penukar panas tercermin dalam sifat aliran film kondensat dan, akibatnya, dalam perpindahan panas dari uap kondensasi.
Generalisasi data eksperimen menunjukkan bahwa, tergantung pada beban uap spesifik dan parameter getaran, koefisien perpindahan panas selama kondensasi uap pada tabung horizontal bergetar dapat meningkat atau menurun dibandingkan dengan koefisien perpindahan panas selama kondensasi uap pada tabung stasioner.
Hasil studi eksperimental dirangkum oleh dependensi yang memungkinkan untuk menghitung nilai koreksi koefisien perpindahan panas dari sisi uap untuk HE horizontal dan vertikal.
Perhitungan menunjukkan bahwa efek getaran tabung pemanas jaringan horizontal pada perpindahan panas dari sisi uap yang mengembun pada tingkat beban uap spesifik yang khas untuk HSG dinyatakan dalam peningkatan koefisien perpindahan panas dari sisi uap sebesar 1,6 menjadi 6,7 %.
Berdasarkan hasil studi bangku dan uji industri, sejumlah rekomendasi praktis dapat diusulkan untuk meningkatkan efisiensi penukar panas PTU:
- - Pilihan parameter yang paling efektif untuk pembuatan profil tabung harus dibuat berdasarkan optimalisasi parameter pembuatan profil dan studi kelayakan dari seluruh PTU.
- - Saat menggunakan tabung berprofil memanjang dan tabung berprofil ganda di HE, dapat diasumsikan bahwa perpindahan panas selama kondensasi uap meningkat 40-150%, tergantung pada kerapatan fluks panas.
- - Ketika tabung berprofil digunakan dalam penukar panas, untuk meningkatkan keandalan sambungan tabung ke lembaran tabung, ujung tabung harus halus dalam jarak 150-200 mm.
- - Penggunaan anti air baru yang menjanjikan dalam kondensasi HE PTU memungkinkan untuk meningkatkan koefisien perpindahan panas hingga 3 kali dibandingkan dengan kondensasi uap film. Namun, seiring waktu ada sedikit penurunan koefisien perpindahan panas.
Kami percaya bahwa keputusan kelayakan penerapan pengembangan apapun untuk meningkatkan efisiensi TA PTU harus dibuat berdasarkan studi kelayakan yang komprehensif untuk seluruh pembangkit listrik. Pada saat yang sama, setiap TA harus dipertimbangkan tidak secara terpisah, tetapi sebagai elemen organik dari sekolah kejuruan. Dasar-dasar metodologi teknis dan ekonomi yang komprehensif untuk sekolah kejuruan TA tertentu dan kondisi operasi khusus di TPP disajikan dalam karya.
Pendidikan yang lebih tinggi
(DRTI FGBOU SPO "AGTU")
Arah pelatihan
Instalasi dan operasi teknis unit pendingin _________
PEKERJAAN KURSUS
KR_______15.02.06 _______.00.00.00.PZ
Perhitungan koefisien perpindahan panas dari dinding luar. Untuk laboratorium _berdiri dalam kondisi tertentu. ______________________________________________
(judul topik)
Pekerjaan itu disetujui untuk dilindungi 27 » Marta 2017
Pekerjaan tersebut dikerjakan oleh salah satu siswa dalam kelompok tersebut 431 ____
__________________ __Fomin V.A. ____
Tanda tangan (Nama belakang, nama depan dan nama belakang)
Pengawas ilmiah pekerjaan, .__________ ________
Tanda tangan (Nama belakang, nama depan dan nama belakang)
Ikan 2017
Badan Federal untuk Perikanan
Lembaga Pendidikan Anggaran Negara Federal
Pendidikan yang lebih tinggi
"Universitas Teknik Negeri Astrakhan"
Institut Teknologi Perikanan Dmitrov (cabang)
Lembaga Pendidikan Anggaran Negara Federal untuk Pendidikan Kejuruan Menengah "Universitas Teknik Negeri Astrakhan"
(DRTI FGBOU SPO "AGTU")
LATIHAN
untuk tugas kuliah
Siswa dari kelompok belajar ___ 431 __DRTI FGBOU SPO "AGTU"
__________________Fomin Vladimir Alexandrovich ______________________
(nama belakang, nama depan, patronimik - lengkap)
TOPIK PEKERJAAN KURSUS
Perhitungan koefisien perpindahan panas dari dinding luar. ____________
Untuk stand laboratorium dalam kondisi tertentu _______________
DATA AWAL UNTUK PEKERJAAN KURSUS
P,Suhu air masuk tabung kondensor _____ 21,8 o C,
Titik embun pendingin __ 100 o C,
Aliran massa air melalui tabung kondensor _____ 0,0001 kg/s,
Diameter luar pipa eksperimental ___ 0,0156 m,
Diameter dalam pipa eksperimental 0,018 m,
Presentasi pekerjaan kursus ke kepala " 27 » Marta 2017
Tanggal perlindungan " _ » ______________ 2017
pengantar
Kondensasi- transisi suatu zat ke keadaan cair atau padat dari keadaan gas. Suhu maksimum di bawah mana kondensasi terjadi disebut suhu kritis.
Saat uap melewati pipa, secara bertahap mengembun dan lapisan kondensat terbentuk di dinding. Pada saat yang sama, laju aliran uap G "dan kecepatannya, karena penurunan massa uap, penurunan sepanjang pipa, dan laju aliran kondensat G meningkat. Dengan peningkatan kecepatan uap, panas intensitas transfer meningkat. Hal ini disebabkan penurunan ketebalan film kondensat, yang mengalir lebih cepat di bawah pengaruh aliran uap. Jumlah molekul yang dipancarkan dari satuan luas permukaan cairan dalam satu detik tergantung pada suhu cairan.Jumlah molekul yang kembali dari uap ke cair tergantung pada konsentrasi molekul uap dan kecepatan rata-rata pergerakan termal mereka, yang ditentukan oleh suhu uap.Selama kondensasi dalam pipa, volume uap dibatasi oleh dinding pipa. Pipa bisa sangat panjang dan sejumlah besar uap dapat mengembun di dalamnya. Ada pergerakan uap yang terarah, dan kecepatan yang terakhir bisa sangat tinggi (hingga 100 m / s atau lebih) Selama kondensasi dalam pipa, mode dibedakan menyelesaikan dan sebagian kondensasi uap. Dalam kasus pertama, semua uap yang masuk ke pipa terkondensasi seluruhnya, dan aliran kondensat yang terus menerus bergerak di saluran keluar pipa. Dengan kondensasi parsial, campuran uap-cair mengalir di outlet pipa.
Untuk kemunculannya volumetrik kondensasi, uap harus lewat jenuh - kerapatannya harus melebihi kerapatan uap jenuh. Dalam hal ini, uap harus mengandung partikel debu terkecil (aerosol), yang berfungsi sebagai pusat kondensasi yang sudah jadi. Untuk mengubah setiap kilogram uap jenuh menjadi cairan, panas harus dihilangkan.
Jumlah molekul yang dipancarkan dari satu satuan luas permukaan zat cair dalam satu detik bergantung pada suhu zat cair tersebut. Jumlah molekul yang kembali dari uap ke cair bergantung pada konsentrasi molekul uap dan kecepatan rata-rata gerakan termalnya, yang ditentukan oleh suhu uap. Oleh karena itu, untuk zat tertentu, konsentrasi molekul uap pada kesetimbangan cairan dan uapnya ditentukan oleh suhu kesetimbangannya. Pembentukan keseimbangan dinamis antara proses penguapan dan kondensasi dengan meningkatnya suhu terjadi pada konsentrasi molekul uap yang lebih tinggi. Ketika suhu naik, tekanan uap jenuh dan densitasnya meningkat, sedangkan densitas cairan berkurang karena ekspansi termal. Dalam bejana yang tertutup rapat, cairan tidak dapat mendidih, karena pada setiap nilai suhu, terjadi keseimbangan antara cairan dan uap jenuhnya.
Stand pendidikan dan laboratorium- ini adalah bahan dan dasar teknis yang diperlukan, yang diminta oleh lembaga pendidikan dasar dan menengah, dan tinggi. Basis semacam itu memungkinkan Anda untuk mendemonstrasikan berbagai proses secara visual, menyediakan kegiatan pendidikan yang efektif. Stand laboratorium digunakan sebagai alat bantu visual, dan juga membantu untuk lebih memahami subjek penelitian. Dan membantu penelitian
banyak instalasi termal. Stand juga memberikan hasil maksimal
visibilitas skema yang diteliti dan proses yang terjadi di dalamnya. Stand membantu dalam pelatihan personel berkualifikasi tinggi yang dipersenjatai dengan pengetahuan modern dan keterampilan praktis. Pelaksanaan kerja praktek oleh siswa merupakan sarana penting untuk asimilasi lebih dalam dan mempelajari materi pendidikan, serta perolehan keterampilan praktis.
Penguapan- proses transisi suatu zat dari keadaan cair ke keadaan uap atau gas, yang terjadi pada permukaan suatu zat. Proses evaporasi merupakan kebalikan dari proses kondensasi (peralihan dari uap ke cair). Selama penguapan, partikel (molekul, atom) terbang keluar (merobek) dari permukaan cairan atau padat, sementara energi kinetiknya harus cukup untuk melakukan pekerjaan yang diperlukan untuk mengatasi gaya tarik dari molekul lain dari cairan.
Penguapan adalah proses endotermik di mana panas transisi fase diserap - panas penguapan dihabiskan untuk mengatasi kekuatan kohesi molekul dalam fase cair dan pada pekerjaan ekspansi selama transformasi cairan menjadi uap. Proses penguapan tergantung pada intensitas gerakan termal molekul: semakin cepat molekul bergerak, semakin cepat penguapan terjadi. Luas permukaan cairan dari mana penguapan terjadi juga merupakan faktor penting.
Laju penguapan tergantung pada:
1. luas permukaan cairan.
2. suhu (meningkat), meskipun terjadi pada suhu berapa pun dan tidak memerlukan suplai panas yang konstan. Selama penguapan, suhu cairan menurun.
3. pergerakan molekul di atas permukaan cairan atau gas,
4. jenis zat.
Penguapan dapat terjadi tidak hanya dari permukaan, tetapi juga dalam sebagian besar cairan. Cairan selalu mengandung gelembung gas kecil. Jika tekanan uap jenuh cairan sama dengan atau lebih besar dari tekanan eksternal (yaitu, tekanan gas dalam gelembung), cairan akan menguap ke dalam gelembung. Gelembung berisi uap mengembang dan mengapung ke permukaan. Proses ini disebut mendidih.
Intensifikasi perpindahan panas
Intensifikasi- proses dan organisasi pengembangan produksi, di mana alat produksi yang paling efisien digunakan, serta perluasan produksi. Proses konversi konsumsi sumber daya, serta penggunaan peralatan baru, dapat menyebabkan peningkatan produktivitas.
Intensifikasi perpindahan panas adalah salah satu tugas teknis yang paling penting, karena peningkatan koefisien perpindahan panas memungkinkan, pada kinerja termal dan suhu pembawa panas tertentu, untuk mengurangi permukaan pertukaran panas, dan karenanya mengurangi berat, ukuran dan biaya penukar panas.
Di banyak cabang teknologi, tugas mengintensifkan proses perpindahan panas dan menciptakan penukar panas yang sangat efisien sangat relevan. Untuk mengintensifkan proses perpindahan panas, metode berikut digunakan:
· Pencegahan endapan (lumpur, garam, oksida korosif) dengan pembilasan sistematis, pembersihan dan perlakuan khusus permukaan pertukaran panas dan pemisahan awal dari pembawa panas zat dan kotoran yang menghasilkan endapan;
· Pembersihan ruang pipa dan anulus dari gas inert, yang secara drastis mengurangi perpindahan panas selama kondensasi uap;
· Penyempitan permukaan penukar panas, berguna untuk meningkatkan koefisien perpindahan panas dan untuk mengurangi massa penukar panas. Permukaan sirip, yang 5-10 kali lebih besar dari permukaan tabung pembawa, tidak dikenakan tekanan sepihak, dan oleh karena itu sirip dapat dibuat dari bahan yang lebih tipis dari dinding pipa, dan dengan demikian mencapai pengurangan yang signifikan dalam massa peralatan dan konsumsi metana.
Intensifikasi perpindahan panas radiasi dan konvektif dari persamaan dasar perpindahan panas radiasi menunjukkan bahwa peningkatan beban panas spesifik permukaan radiasi dapat dicapai terutama dengan meningkatkan suhu pembakaran adiabatik. Pada tingkat yang lebih rendah, efisiensi pertukaran panas radiasi dipengaruhi oleh suhu produk pembakaran di outlet tungku dan koefisien efisiensi termal dari permukaan pemanas layar dan layar. Peningkatan suhu pembakaran adiabatik dari bahan bakar yang diberikan dimungkinkan dengan mengurangi koefisien udara berlebih, mengurangi kerugian dari pembakaran bahan kimia, dan meningkatkan suhu udara yang digunakan untuk pembakaran bahan bakar.
Nilai optimal dari koefisien udara berlebih dan underburning kimia yang diatur dalam tungku desain ini diberikan dalam Bab. 3. Intensifikasi perpindahan panas radiasi dan konveksi dan peningkatan suhu udara dimungkinkan dalam batas-batas yang dibatasi oleh kondisi teknis dan ekonomi untuk distribusi penyerapan panas dalam elemen boiler, keandalan pemanas udara dan tungku mekanis dengan bahan bakar berlapis pembakaran. Suhu pemanasan udara yang direkomendasikan berdasarkan ketentuan ini diberikan dalam. Suhu produk pembakaran di outlet tungku sangat menentukan karakteristik teknis dan ekonomi umum boiler, termasuk keandalan dan operasi yang tidak terputus dari operasinya. Saat membakar bahan bakar padat, peningkatan suhu produk pembakaran di outlet tungku dibatasi oleh kondisi terak permukaan pemanas layar dan permukaan pemanas yang terletak di belakang tungku. Saat membakar bahan bakar minyak dan gas, suhu produk pembakaran di outlet tungku ditentukan oleh distribusi rasional penyerapan panas permukaan pemanas radiasi dan konvektif. Masalah ini dan suhu yang direkomendasikan dari produk pembakaran di outlet tungku saat membakar berbagai jenis bahan bakar dan desain tungku dibahas dalam Bab. 4, 6, 8. Koefisien efisiensi termal dapat ditingkatkan dengan meningkatkan koefisien sudut x dari permukaan pemanas, khususnya, dengan menggunakan kasa dan kasa dua lampu, serta dengan menjaga permukaan pemanas tetap bersih selama pembersihan sistematisnya. kontaminan dengan meniup atau karena dampak mekanis pada pipa.
Intensifikasi perpindahan panas radiasi dan konveksi, seperti dapat dilihat dari ekspresi untuk menentukan koefisien perpindahan panas, dimungkinkan dengan meningkatkan kecepatan pendingin, terutama produk pembakaran, serta dengan mengurangi diameter pipa d atau diameter saluran ekivalen d K . Dalam hal ini, koefisien perpindahan panas konveksi meningkat sebanding dengan kecepatan gas dengan pangkat 0,6-0,8 dan berbanding terbalik dengan ukuran penentuan d dengan pangkat 0,4-0,2, tergantung pada lokasi pipa dalam kaitannya dengan aliran gas. Dengan demikian, elemen konvektif boiler yang diperlukan berkurang. Namun, dengan peningkatan kecepatan gas, ada peningkatan resistensi aerodinamis dari permukaan pemanas, yang sebanding dengan kuadrat kecepatan gas, dan, dengan demikian, peningkatan konsumsi listrik untuk traksi. . Dalam hal ini, batas yang layak secara ekonomi untuk meningkatkan kecepatan gas muncul, yang juga dibatasi (saat membakar bahan bakar padat) oleh kondisi keausan permukaan pemanas.
Lebih banyak digunakan adalah cara kedua untuk meningkatkan efisiensi perpindahan panas konveksi (intensifikasi perpindahan panas radiasi dan konvektif) - mengurangi diameter pipa dan saluran setara. Dengan penurunan diameter tabung, hambatan aerodinamis dari bundel tabung pada kecepatan gas konstan bahkan sedikit berkurang. Mengurangi diameter pipa yang digunakan untuk permukaan pemanas konvektif adalah salah satu tren karakteristik dalam pengembangan desain boiler dalam beberapa dekade terakhir.
Konsekuensi dari intensifikasi proses perpindahan panas adalah peningkatan koefisien perpindahan panas, yang, dengan permukaan pertukaran panas yang bersih, ditentukan oleh koefisien perpindahan panas dari sisi pemanas dan pendingin yang dipanaskan. Dalam banyak kasus, sifat fisikokimia pembawa panas yang digunakan berbeda secara signifikan, tekanan dan suhunya, dan koefisien perpindahan panasnya tidak sama. Jadi, nilai koefisien perpindahan panas dari sisi air = 2000 ... 7000 W / (m 2 K), dari sisi gas pendingin 200 W / (m 2 K), untuk cairan kental = 100 ... 600 W / (m 2 K). Jelas bahwa intensifikasi perpindahan panas harus dilakukan dari sisi pendingin, yang memiliki nilai koefisien perpindahan panas yang kecil. Dengan urutan nilai yang sama dari koefisien perpindahan panas pembawa panas, intensifikasi perpindahan panas dapat dilakukan di kedua sisi perpindahan panas, tetapi dengan mempertimbangkan kemampuan operasional dan teknis.
Biasanya, intensifikasi perpindahan panas dikaitkan dengan peningkatan biaya energi untuk mengatasi peningkatan resistensi hidrolik. Oleh karena itu, salah satu indikator utama yang mencirikan kelayakan intensifikasi perpindahan panas dalam penukar panas adalah efisiensi energinya. Peningkatan intensitas perpindahan panas harus sebanding dengan peningkatan tahanan hidrolik.
Metode utama intensifikasi perpindahan panas berikut digunakan:
merancang permukaan kasar dan permukaan dengan bentuk kompleks, berkontribusi pada turbulensi aliran di lapisan dekat dinding;
penggunaan sisipan turbulen di saluran;
peningkatan luas permukaan pertukaran panas melalui sirip;
dampak pada aliran pendingin oleh medan listrik, magnet dan ultrasonik;
turbulensi lapisan dinding dekat dengan mengatur fluktuasi kecepatan aliran yang datang dan putarannya;
dampak mekanis pada permukaan pertukaran panas dengan rotasi dan getarannya;
penggunaan nosel granular baik dalam keadaan diam maupun dalam keadaan bergerak semu;
menambahkan partikel padat atau gelembung gas ke pendingin.
Kemungkinan dan kemanfaatan menggunakan satu atau lain metode intensifikasi untuk kondisi tertentu ditentukan oleh kemampuan teknis dan efisiensi metode ini.
Salah satu metode yang paling banyak digunakan untuk mengintensifkan perpindahan panas (meningkatkan aliran panas) adalah sirip permukaan luar pipa, asalkan pendingin dengan nilai koefisien perpindahan panas yang rendah diarahkan ke ruang annular.
Skema beberapa perangkat yang digunakan untuk mengintensifkan perpindahan panas dalam pipa diberikan dalam Tabel. 7.1.
7.1. Skema perangkat yang digunakan untuk intensifikasi
perpindahan panas
|
ejekan |
ejekan | ||
|
bengkok |
Pipa dengan tonjolan heliks yang terdefinisi dengan mulus |
|
|
|
Pengaduk sekrup terus menerus |
Pipa bengkok | ||
|
Jenis saluran berbentuk lingkaran diffuser-confuser |
Bergantian tonjolan annular yang didefinisikan dengan halus pada permukaan bagian dalam pipa halus |
Digunakan berputar-putar baling-baling, berputar-putar sekrup intermiten dengan bentuk tubuh pusat yang berbeda, dll. Perlu dicatat bahwa secara bersamaan dengan peningkatan koefisien perpindahan panas sebesar 30 ... 40%, ada peningkatan resistensi hidrolik sebesar 1,5-2,5 kali. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa disipasi energi selama disintegrasi struktur pusaran skala besar (mereka muncul ketika aliran berputar) secara signifikan melebihi generasi turbulensi - untuk memberi makan vortisitas yang melemah, pasokan energi terus menerus dari luar adalah diperlukan.
Telah ditetapkan bahwa di bawah rezim aliran turbulen dan transisi, disarankan untuk mengintensifkan denyut turbulen tidak di inti aliran, tetapi di lapisan dinding dekat, di mana konduktivitas termal turbulen rendah dan kerapatan fluks panas maksimum, karena ini lapisan menyumbang 60 ... 70% dari perbedaan suhu yang tersedia "dinding-cair". Semakin tinggi angka R r, lapisan yang lebih tipis sebaiknya dipengaruhi.
Rekomendasi di atas dapat diterapkan dengan membuat dalam beberapa cara, misalnya, dengan knurling, bergantian dengan tonjolan annular yang ditentukan dengan halus pada permukaan bagian dalam pipa halus. Untuk menjatuhkan cairan dengan P r= 2 ... 80 hasil terbaik diperoleh pada t sun /d int = 0.25 ... 0.5 dan d sun / d int = 0.94 ... 0.98. Jadi, pada R e = 10 5, perpindahan panas meningkat 2,0-2,6 kali dengan peningkatan tahanan hidrolik sebesar 2,7-5,0 kali dibandingkan dengan perpindahan panas dari pipa halus. Untuk udara, hasil yang baik diperoleh pada t sun /d in = 0,5 ... 1,0 dan d sun / d in = 0,9 ... 0,92: pada daerah transisi aliran (R e = 2000 ... 5000) an peningkatan perpindahan panas 2,8 ... 3,5 kali dengan peningkatan resistensi sebesar 2,8-4,5 kali (dibandingkan dengan pipa halus).
Metode pengaruh mekanis pada permukaan pertukaran panas dan pengaruh pada aliran medan listrik, ultrasonik dan magnet belum cukup dipelajari.
Perpindahan panas konveksi
Konveksi- ini adalah pergerakan panas karena pergerakan volume makroskopik tertentu dari cairan atau gas. Konveksi selalu disertai dengan perpindahan panas melalui konduksi.
Di bawah perpindahan panas konveksi memahami proses perambatan panas dalam cairan (atau gas) dari permukaan benda padat atau ke permukaannya secara bersamaan dengan konveksi dan konduktivitas termal. Kasus perambatan panas seperti itu juga disebut perpindahan panas melalui kontak atau hanya perpindahan panas.
Perpindahan panas secara konveksi semakin intens, semakin turbulensi seluruh massa cairan dan semakin kuat pencampuran partikelnya. Itu. Konveksi dikaitkan dengan perpindahan panas mekanis dan sangat tergantung pada kondisi hidrodinamika aliran fluida.
Menurut sifat kejadiannya, dua jenis sifat gerakan zat cair dibedakan:
1. Gratis pergerakan cairan (mis. konveksi alami) - muncul karena perbedaan kepadatan partikel cairan yang dipanaskan dan dingin dan ditentukan oleh sifat fisik cairan, volumenya dan perbedaan suhu antara partikel panas dan dingin.
2. dipaksa (dipaksa) gerakan cairan ( konveksi paksa) terjadi di bawah pengaruh beberapa patogen asing, seperti pompa, kipas. Itu ditentukan oleh sifat fisik fluida, kecepatannya, bentuk dan ukuran saluran tempat gerakan dilakukan.
Dalam kasus umum, bersama dengan gerak paksa, gerak bebas juga dapat berkembang secara bersamaan. Proses perpindahan panas terkait erat dengan kondisi gerak fluida. Seperti diketahui, ada dua rezim aliran utama: laminar dan turbulen. Dalam rezim laminar, aliran memiliki karakter jet yang tenang. Dengan turbulen - gerakannya tidak teratur, pusaran. Untuk proses perpindahan panas, mode pergerakan fluida kerja sangat penting, karena menentukan mekanisme perpindahan panas.
Mekanisme perpindahan panas secara konveksi
(perpindahan panas konveksi)
Mari kita perhatikan proses perpindahan panas secara konveksi dan konduktivitas termal dari permukaan benda padat ke aliran cairan (atau gas) yang mencucinya, atau, sebaliknya, dari aliran ke benda padat, misalnya dinding sebuah penukar panas.
Di inti aliran, perpindahan panas dilakukan secara bersamaan dengan konduksi dan konveksi panas. Mekanisme perpindahan panas di inti aliran selama gerakan turbulen medium ditandai dengan pencampuran yang intens karena pulsa turbulen, yang mengarah pada pemerataan suhu di inti ke nilai rata-rata tertentu t av (t av1 atau t av2 ). Dengan demikian, perpindahan panas dalam inti ditentukan terutama oleh sifat pergerakan pendingin, tetapi juga tergantung pada sifat termalnya. Saat kita mendekati dinding, intensitas perpindahan panas berkurang. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa lapisan batas termal yang mirip dengan lapisan batas hidrodinamik terbentuk di dekat dinding. Itu. ketika seseorang mendekati dinding, konduktivitas termal menjadi semakin penting, dan di sekitar dinding (dalam sublapisan termal laminar yang sangat tipis), perpindahan panas hanya dilakukan dengan konduktivitas termal.
Sublapisan batas termal dianggap sebagai lapisan dinding dekat di mana efek fluktuasi turbulen pada perpindahan panas menjadi diabaikan.
Harus dibedakan bahwa intensitas t/recoil ditentukan terutama oleh resistansi termal dari sublapisan dinding dekat, yang, dibandingkan dengan resistansi termal inti, ternyata menentukan.
Dengan aliran fluida turbulen, perpindahan panas terjadi jauh lebih intensif dibandingkan dengan aliran laminar. Ketika turbulensi aliran meningkat, pencampuran meningkat, yang mengarah pada penurunan ketebalan lapisan batas dan peningkatan jumlah panas yang ditransfer.
Salah satu masalah praktis dalam teknologi adalah perkembangan turbulensi selama pergerakan cairan pendingin.
Tujuan pengembangan turbulensi pada peralatan penukar panas adalah untuk mengurangi ketebalan sublapisan batas termal, dalam hal ini prosesnya hanya dibatasi oleh konveksi.
Jumlah panas yang ditransfer oleh konduktivitas termal molekul ditentukan oleh hukum Fourier:
t adalah suhu pada batas
Panas yang dipindahkan secara konveksi ditentukan menurut hukum Newton atau hukum perpindahan panas:
(2)
Jumlah panas yang dipindahkan oleh permukaan F, yang memiliki suhu t st ke lingkungan dengan suhu t cf, berbanding lurus dengan permukaan pertukaran panas dan perbedaan suhu m/y t st dan t cf lingkungan.
Karena pulsasi turbulen, suhu disamakan dan dapat disamakan.
Dengan menyamakan (1) dan (2) persamaan diperoleh:
Tapi nilainya sulit ditentukan.
koefisien perpindahan panas, [W / m 2 K] - menunjukkan berapa banyak panas yang dipindahkan dari 1 m 2 permukaan dinding ke cairan pada perbedaan suhu antara dinding dan cairan satu derajat.
Nilai mencirikan intensitas perpindahan panas antara permukaan benda, seperti dinding padat, dan lingkungan (tetesan cairan atau gas).
Proses perpindahan panas adalah proses yang kompleks, dan koefisien perpindahan panas adalah fungsi kompleks dari berbagai kuantitas yang menjadi ciri proses ini.
Koefisien perpindahan panas tergantung pada faktor-faktor berikut:
Kecepatan fluida, densitas dan viskositasnya, yaitu variabel yang menentukan rezim aliran fluida;
Sifat termal cairan (kapasitas panas spesifik C p, konduktivitas termal), serta koefisien ekspansi volume;
