Introducere
Generalizarea datelor experimentale și calculate ale autorilor cu datele altor studii privind eficiența schimbătoarelor de căldură ale centralelor termice a arătat că procesul de transfer de căldură în condensatoare, încălzitoare de apă din rețea și aparate ale sistemului de regenerare al instalațiilor cu turbine cu abur. este în majoritatea cazurilor limitată de transferul de căldură din partea aburului. Diferența dintre nivelurile coeficientului de transfer de căldură din partea aburului și apei ajunge la 100%, în funcție de tipul de aparat și locul acestuia în schema TPP. Creșterea eficienței echipamentelor de schimb de căldură de putere poate fi realizată în primul rând prin intensificarea transferului de căldură din partea de abur a aparatului.
Intensificarea transferului de căldură
Una dintre modalitățile de intensificare a transferului de căldură în HE este asociată cu utilizarea tuburilor cu profil diferit. Potrivit experților, tuburile în care are loc rugozitatea artificială atât la exterior, cât și la interior își pot găsi aplicație reală în condensarea TA. interior. Intensificarea transferului de căldură din partea aburului în acest caz este determinată de o modificare a hidrodinamicii filmului de condensat pe suprafața profilată a tubului - o scădere datorită acțiunii forțelor. tensiune de suprafata grosimea medie a peliculei de condensat, modificând traiectoria mișcării și turbulenței sale. Intensificarea din partea apei este, de asemenea, determinată de hidrodinamica fluxului - o încălcare a curgerii ordonate de fluid într-un substrat vâscos din cauza turbulenței și turbulenței sale. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere că utilizarea unor astfel de tuburi duce la o creștere a rezistenței hidraulice a HE, ceea ce înseamnă că necesită cercetări pentru a justifica fezabilitatea utilizării tuburilor profilate și pentru a selecta parametrii optimi pentru profilarea acestora în raport cu HE specifică și condițiile de funcționare ale STU. O analiză a stării problemei a arătat că pentru a justifica fezabilitatea utilizării tuburilor cu profil diferit în TA PTU, este necesară acumularea și generalizarea datelor din studiile pe banc și testele de teren pentru a clarifica metodele de calcul a dispozitivelor.
Studiul hidrodinamicii și transferului de căldură în timpul condensării aburului pe tuburi cu profil diferit a fost realizat pe: tuburi profilate răsucite (PVT), tuburi profilate longitudinal (PPT), tuburi cu profil dublu (TDP) și tuburi contra-helilice (VVT).
Experimentele au stabilit că hidrodinamica unui film de condensat pe un HTP vertical diferă semnificativ de hidrodinamica unui film pe un tub neted. Pe tubul de profil se observă procesul de micșorare a filmului în canelură și răsucire. Odată cu o scădere a pasului dintre canelurile S, unghiul de abatere a traiectoriei filmului de la direcția verticală crește și filmul de condensat este tras în caneluri din cauza forțelor de tensiune superficială.
Efectul relativ al intensificării transferului de căldură în timpul condensării unui vapor staționar pe un HTP vertical depinde în principal de regimul de curgere al filmului de condensat și de parametrii profilării tubului. În funcție de parametrii procesului și parametrii de profilare, intensitatea transferului de căldură în timpul condensării aburului pe un HTP vertical raționalizat transversal este de până la 2,5 ori mai mare decât atunci când aburul staționar este condensat pe un tub neted.
Se știe că utilizarea PHE-urilor verticale face posibilă creșterea semnificativă (de până la 3,5 ori) a coeficientului de transfer de căldură din partea aburului de condensare. Acest lucru se explică prin acțiunea forțelor de tensiune superficială asupra filmului de condensat de pe suprafața curbilinie profilată a tubului. Pe proeminențele tubului are loc o condensare mai intensă a vaporilor, adică. transferul de căldură este de fapt limitat de grosimea filmului de condens care curge în jos prin caneluri.
S-a propus profilarea suplimentară a PPT-ului cu o moletă cu șurub, similar cu PVT. Totodată, s-a presupus că efectul intensificării se va realiza ca suprafata exterioara tub (datorită modificărilor hidrodinamicii peliculei de condens) și în interiorul acestuia (datorită turbulenței stratului de lichid de răcire din apropierea peretelui). S-a stabilit experimental că PPT-ul face posibilă creșterea nivelului de transfer de căldură în timpul condensării vaporilor de apă de o medie de două ori comparativ cu un tub neted. Transferul de căldură din partea aburului de condensare către TDP, în funcție de diferența de temperatură „abur-perete”, crește de 1,8-2,2 ori față de PPT. În acest caz, în opinia noastră, se manifestă două efecte: șanțul elicoidal, fiind umplut cu condens din zona șanțurilor longitudinale, îl îndepărtează parțial într-o spirală descendentă; în același timp, din cauza rotațiilor, o parte din condens este evacuată de pe suprafața tubului; extrudarea elicoidală a metalului proeminențelor longitudinale, pătrunzând în zona curgerii condensului în șanțurile longitudinale, formează constricții locale alternative în ele, ceea ce perturbă filmul de condensat laminar „gros” care curge în canelurile longitudinale. Primul efect duce la o scădere a grosimii medii a filmului de condensat, iar al doilea - la turbulența suplimentară a acestuia. Suma acestor efecte determină intensificarea transferului de căldură din partea aburului de condensare.
Una dintre suprafețele promițătoare pentru schimbătoarele de căldură PTU este un tub cu moletare contra elicoidal (VVT). Studiile privind transferul de căldură în timpul condensării aburului staționar au arătat că coeficientul de transfer de căldură al HWT este cu 20-30% mai mare decât cel al HWT cu parametri de moletare similari.
Rezultatele testelor comparative a peste 100 de schimbătoare de căldură cu condensare diferite cu HTP au constatat că intensificarea transferului de căldură, în funcție de parametrii profilării tuburilor și de modul de curgere a apei în acestea (cu parametrii HTP selectați optim), a variat de la 10 la 80%. Rezistența hidraulică a TA crește în acest caz cu aproximativ aceeași cantitate.
Se știe că organizarea modului de condensare prin picurare a aburului este cea mai mare direcție promițătoare intensificarea transferului de căldură în timpul condensării aburului. Rezultatele studiilor privind utilizarea unui nou hidrofug (disulfură de polifluoroalchil) pentru tuburile din materiale MNZh5-1 și L68 au arătat că nivelul coeficientului de transfer de căldură din partea vaporilor este de trei până la patru ori mai mare decât transferul de căldură în timpul condensarea peliculei. Experimentele au stabilit că atunci când aerul intră în abur (în momentul în care unitatea este oprită), efectul intensificării transferului de căldură scade brusc și se observă un mod de condensare a aburului mixt. Când experimentul a fost reluat, modul de condensare prin picurare a fost restabilit după 15-20 de ore de funcționare a instalației. După reluarea condensului prin picurare, nivelul transferului de căldură a fost restabilit aproape la valoarea sa inițială. Acest rezultat, care este foarte important pentru practică, poate fi explicat ținând cont ideile contemporane prin dinamică sisteme biologice pe baza studiilor spectrometrice efectuate ale acoperirii hidrofobe a tuburilor după o serie de experimente privind condensarea picăturilor. Stimulatorul de condensare prin picurare utilizat în experimente are în structură atât fragmente hidrofobe, cât și hidrofile. Aceasta crește numărul de grade de libertate ale aranjamentului conformațional al lanțului. Cu o scădere bruscă a temperaturii și întreruperea alimentării cu abur a instalației, se realizează o conformare mai compactă cu expunerea fragmentului hidrofil al moleculei. Toate acestea duc la implementarea modului de condensare film (mixt) în momentul inițial după repornirea aburului. Mai departe legături de hidrogen provoacă autoorganizarea unui înveliș monomolecular cu expunerea doar a regiunilor hidrofobe de molecule, ceea ce asigură reluarea modului de condensare a picăturilor. De fapt observat tip nou film monomolecular auto-organizat, care, în funcție de conditii externe poate fi în diferite stări conformaţionale. Coeficientul de transfer termic pentru condensarea prin picurare a aburului pe un tub orizontal neted (MNZH5-1) este de 1,5-2,0 ori mai mare decât pentru condensarea filmului.
Rezultatele testelor pe banc cu privire la utilizarea unui hidrofug pe HTP (a fost aplicat hidrofug pe proeminențele HTP) au arătat că pe HTP vertical, separarea și descărcarea filmului de condens care curge de pe suprafața tubului în zonele de s-a observat condens prin picurare, care, în opinia noastră, a determinat o scădere a cantității de condens care curge pe HTP vertical de suprafață și a condus la o creștere a nivelului de transfer de căldură cu 15-25%,
Rezultatele testelor semi-industriale ale unui modul experimental (56 de tuburi orizontale, material - MNZh5-1), conectate în paralel cu condensatorul cu turbină K-300-240 la Reftinskaya GRES, efectuate împreună cu NPO TsKTI, au arătat că hidrofug, aplicat o singura data pe suprafata de schimb de caldura, a asigurat mentinerea modului de picurare.condens mai mult de 4500 ore; totodată, coeficientul de transfer termic a crescut cu 35-70% datorită organizării modului de condensare prin picurare.
Vibrația tuburilor schimbătoarelor de căldură se reflectă în natura curgerii peliculei de condensat și, în consecință, în transferul de căldură din aburul de condensare.
Generalizarea datelor experimentale a arătat că, în funcție de sarcina specifică a aburului și parametrii de vibrație, coeficientul de transfer termic în timpul condensării aburului pe un tub orizontal vibrant poate crește sau scădea în comparație cu coeficientul de transfer termic în timpul condensării aburului pe un tub staționar.
rezultate studiu pilot sunt rezumate prin dependențe care fac posibilă calcularea valorii de corecție a coeficientului de transfer termic din partea aburului pentru HE orizontal și vertical.
Calculele arată că efectul vibrației tuburilor încălzitoarelor din rețea orizontală asupra transferului de căldură din partea aburului în condensare la nivelul sarcinilor specifice de abur tipice pentru HSG este exprimat printr-o creștere a coeficientului de transfer de căldură din partea aburului cu 1,6 până la 6,7. %.
Pe baza rezultatelor studiilor pe banc și ale testelor industriale, un număr de sfaturi practice pentru a îmbunătăți eficiența schimbătoarelor de căldură din școlile profesionale:
- - Alegerea parametrilor cei mai eficienți pentru profilarea tubului trebuie făcută pe baza optimizării parametrilor de profilare și a unui studiu de fezabilitate al întregului PTU.
- - Când se folosesc tuburi profilate longitudinal și tuburi cu profil dublu în HE, se poate presupune că transferul de căldură în timpul condensării aburului crește cu 40-150% în funcție de densitate flux de caldura.
- - Când este folosit în schimbătoare de căldură tuburi profilate pentru a crește fiabilitatea conectării tuburilor la foile tubulare, capetele tuburilor trebuie prevăzute cu unele netede în intervalul 150-200 mm.
- - Utilizarea unui nou hidrofug promițător în condensarea HE PTU face posibilă creșterea coeficientului de transfer de căldură de până la 3 ori în comparație cu condensarea vaporilor de film. Cu toate acestea, în timp există o scădere ușoară a coeficientului de transfer de căldură.
Considerăm că decizia privind fezabilitatea aplicării oricărei dezvoltări pentru îmbunătățirea eficienței TA PTU ar trebui luată pe baza unui studiu cuprinzător de fezabilitate pentru întreaga centrală electrică. În același timp, orice AT trebuie considerat nu izolat, ci ca un element organic al școlii profesionale. Elementele de bază ale unei astfel de metodologii tehnice și economice cuprinzătoare pentru școlile profesionale specifice AT și condițiile specifice de funcționare la TPP-uri sunt prezentate în lucrări.
(DRTI FGBOU SPO „AGTU”)
Direcția antrenamentului
Instalare și operare tehnică unități frigorifice _________
LUCRARE DE CURS
KR_______15.02.06 ________.00.00.00.PZ
Calculul coeficientului de transfer termic de la peretele exterior. Pentru laborator _stau în condiții date. ______________________________________________
(titlul topicului)
Lucrarea a fost aprobată pentru protecție 27 » Martha 2017
Lucrarea a fost realizată de un elev al grupului 431 ____
__________________ __Fomin V.A. ____
Semnătura (nume, prenume și prenume)
consilier științific muncă, .__________ ________
Semnătura (nume, prenume și prenume)
Pește 2017
agentie federala pescuitul
Instituția de învățământ bugetară de stat federală
Educatie inalta
„Statul Astrahan Universitate tehnica»
pescuitul Dmitrovsky Institutul tehnologic(ramură)
bugetul federal al statului instituție educațională mijloc învăţământul profesional„Universitatea Tehnică de Stat din Astrakhan”
(DRTI FGBOU SPO „AGTU”)
EXERCIȚIU
pentru executare termen de hârtie
student grup de studiu ___431 __DRTI FGBOU SPO "AGTU"
__________________Fomin Vladimir Alexandrovici ______________________
(nume, prenume, patronimic - integral)
TEMA LUCRĂRII CURSULUI
Calculul coeficientului de transfer termic de la peretele exterior. ____________
Pentru un stand de laborator în condiții specificate _______________
DATE INIȚIALE PENTRU LUCRAREA CURSULUI
W,Temperatura apei la intrarea tubului condensatorului _____ 21,8 o C,
Punct de rouă a agentului frigorific __ 100 o C,
Fluxul de masă de apă prin tubul condensatorului _____ 0,0001 kg/s,
Diametrul exterior al conductei experimentale ___ 0,0156 m,
Diametrul interior al conductei experimentale 0,018 m,
Prezentarea lucrării cursului către șef " 27 » Martha 2017
Data protectiei " _ » ______________ 2017
Introducere
Condensare- trecerea unei substante intr-un lichid stare solidă din gazos. Temperatura maximă sub care are loc condensul se numește temperatură critică.
Pe măsură ce aburul trece prin conductă, se condensează treptat și se formează o peliculă de condens pe pereți. În același timp, debitul de abur G „și viteza acestuia, din cauza scăderii masei aburului, scad de-a lungul lungimii conductei, iar debitul de condens G crește. Odată cu creșterea vitezei aburului, căldura intensitatea transferului crește. Acest lucru se datorează unei scăderi a grosimii filmului de condensat, care curge mai repede sub influența fluxului de abur. Numărul de molecule care părăsesc o suprafață unitară a unui lichid într-o secundă depinde de temperatura lichid.Numărul de molecule care se întorc din vapori în lichid depinde de concentrația moleculelor de vapori și de viteza medie lor mișcarea termică, care este determinată de temperatura aburului. În timpul condensului în conducte, volumul de abur este limitat de pereții conductei. Țevile pot fi suficient de lungi pentru a condensa un numar mare de pereche. Există o mișcare direcționată a aburului, iar viteza acestuia din urmă poate fi foarte mare (până la 100 m/s sau mai mult). În timpul condensului în conducte, se disting modurile completși parțial condensarea aburului. În primul caz, tot aburul care intră în conductă este condensat în întregime, iar un flux continuu de condens se deplasează la ieșirea din conductă. Cu condensare parțială, la ieșirea conductei curge un amestec vapori-lichid.
Pentru aparitie volumetric condensare, vaporii trebuie să fie suprasaturați - densitatea acestuia trebuie să depășească densitatea abur saturat. În acest caz, vaporii trebuie să conțină cele mai mici particule de praf (aerosoli), care servesc drept centre de condensare gata făcute. Pentru a transforma fiecare kilogram de vapori saturați într-un lichid, căldura trebuie îndepărtată.
Numărul de molecule emise dintr-o unitate de suprafață a unui lichid într-o secundă depinde de temperatura lichidului. Numărul de molecule care se întorc din vapori în lichid depinde de concentrația moleculelor de vapori și de rata medie a mișcării termice a acestora, care este determinată de temperatura vaporilor. Din aceasta rezultă că pt substanță dată concentrația moleculelor de vapori la echilibrul unui lichid și vaporii acestuia este determinată de temperatura lor de echilibru. Stabilirea echilibrului dinamic între procesele de evaporare și condensare odată cu creșterea temperaturii are loc la concentrații mai mari de molecule de vapori. Pe măsură ce temperatura crește, presiunea vaporilor de saturație și densitatea acesteia cresc, iar densitatea lichidului scade datorită dilatare termică. Într-un vas închis ermetic, lichidul nu poate fierbe, deoarece la fiecare valoare a temperaturii se stabilește un echilibru între lichid și vaporii săi saturati.
Standuri educaționale și de laborator- aceasta este baza materială și tehnică necesară, cerută atât de primar, cât și de secundar și superior institutii de invatamant. Această bază face posibilă demonstrarea diverse procese, oferind activități educaționale eficiente. Standurile de laborator sunt folosite ca ajutor vizual, și, de asemenea, ajută la o mai bună asimilare a subiectului de studiu. Și ajută la cercetare
multe instalatii termice. Standul oferă, de asemenea, maxim
vizibilitatea schemei studiate și a procesului care are loc în aceasta. Standuri ajută la pregătirea personalului înalt calificat, înarmat cunoștințe moderne, abilitati practice. Performanța elevilor munca practica este un instrument important asimilare și studiu mai profunde material educațional si dobandirea deprinderilor practice.
Evaporare este procesul prin care o substanță se mișcă din stare lichidaîn vapori sau gazos, care apar pe suprafața unei substanțe. Procesul de evaporare este inversul procesului de condensare (tranziția de la vapori la lichid). În timpul evaporării, particulele (molecule, atomi) zboară (se desprind) de pe suprafața unui lichid sau solid, în timp ce lor energie kinetică trebuie să fie suficient pentru a face munca necesară pentru a depăși forțele de atracție de la alte molecule ale lichidului.
Evaporarea este un proces endotermic în care căldura este absorbită faza de tranzitie- căldura de evaporare cheltuită pentru depășirea forțelor de coeziune moleculară în fază lichidăși munca de dilatare în transformarea lichidului în vapori. Procesul de evaporare depinde de intensitatea mișcării termice a moleculelor: cu cât moleculele se mișcă mai repede, cu atât mai rapid are loc evaporarea. Același fel Un factor important este, de asemenea, suprafața lichidului din care are loc evaporarea.
Viteza de evaporare depinde de:
1. suprafata lichida.
2. temperatura (creste), desi apare la orice temperatura si nu necesita o furnizare constanta de caldura. În timpul evaporării, temperatura lichidului scade.
3. mișcarea moleculelor pe suprafața unui lichid sau a unui gaz,
4. fel de substanță.
Evaporarea poate apărea nu numai de la suprafață, ci și în cea mai mare parte a lichidului. Lichidele conțin întotdeauna bule de gaz minuscule. Dacă presiunea de vapori de saturație a unui lichid este egală sau mai mare decât presiunea externă (adică presiunea gazului din bule), lichidul se va evapora în bule. Bulele pline cu abur se extind și plutesc la suprafață. Acest proces se numește fierbere.
Intensificarea transferului de căldură
Intensificare- procesul și organizarea dezvoltării producției, în care cele mai multe mijloace eficiente producția și extinderea producției. Procesul de conversie a consumului de resurse, precum și utilizarea de echipamente noi, pot determina o creștere a productivității.
Intensificarea transferului de căldură este una dintre cele mai importante sarcini tehnice, deoarece o creștere a coeficientului de transfer de căldură permite, la o anumită performanță termică și temperaturi ale purtătorilor de căldură, reducerea suprafeței de schimb de căldură și, prin urmare, reducerea greutății, dimensiunii și costul schimbătorului de căldură.
În multe ramuri ale tehnologiei, sarcina de a intensifica procesul de transfer de căldură și de a crea schimbătoare de căldură foarte eficiente este foarte relevantă. Pentru a intensifica procesele de transfer de căldură, se folosesc următoarele metode:
· Prevenirea depunerilor (nămol, săruri, oxizi corozivi) prin spălarea sistematică, curățarea și tratarea specială a suprafețelor schimbătoare de căldură și separarea prealabilă de agenți de căldură a substanțelor și impurităților care dau depuneri;
· Epurarea conductelor și a spațiilor inelare de gaze inerte, care reduc drastic transferul de căldură în timpul condensării vaporilor;
· Finisarea suprafetei de schimb de caldura, utila atat pentru cresterea coeficientului de transfer termic cat si pentru reducerea masei schimbatorului de caldura. Suprafața aripioarelor, care este de 5-10 ori mai mare decât suprafața tuburilor purtătoare, nu este supusă presiunii unilaterale și, prin urmare, aripioarele pot fi realizate dintr-un material mai subțire decât pereții țevilor și, astfel, obține o reducerea semnificativă a greutății aparatului și a consumului de metan.
Intensificarea transferului de căldură radiativ și convectiv al ecuației de bază a transferului de căldură radiativ arată că o creștere a sarcinii termice specifice suprafata de radiatii se poate realiza în principal prin creşterea temperaturii de ardere adiabatică. LA grad mai mic randamentul schimbului de căldură radiativ este afectat de temperatura produselor de ardere la ieșirea cuptorului și de coeficientul de eficiență termică a suprafețelor de încălzire ale ecranelor și ecranelor. O creștere a temperaturii de ardere adiabatică a unui anumit combustibil este posibilă prin reducerea coeficientului de aer în exces, reducerea pierderilor din subcombustie chimică și creșterea temperaturii aerului utilizat pentru arderea combustibilului.
În cap. 3. Intensificarea transferului de căldură radiativ și convectiv și creșterea temperaturii aerului este posibilă în limitele limitate de condițiile tehnice și economice de distribuție a absorbției de căldură în elementele cazanului, fiabilitatea aerotermei și a cuptoarelor mecanice cu combustibil stratificat. combustie. Temperaturile de încălzire a aerului recomandate pe baza acestor prevederi sunt date în. Temperatura produselor de ardere la ieșirea din cuptor determină în mare măsură caracteristicile tehnice și economice generale ale cazanului, inclusiv fiabilitatea și funcționarea neîntreruptă a funcționării acestuia. La arderea combustibilului solid, creșterea temperaturii produselor de ardere la ieșirea cuptorului este limitată de condițiile de zgură a suprafețelor de încălzire ale ecranelor și a suprafețelor de încălzire situate în spatele cuptorului. Când ardeți păcură și gaz, temperatura produselor de ardere la ieșirea cuptorului este determinată de distribuție rațională absorbția de căldură a suprafețelor de încălzire radiative și convective. Această întrebare și temperaturile recomandate ale produselor de ardere la ieșirea din cuptor în timpul arderii diferite feluri proiectele de combustibil și cuptoare sunt discutate în cap. 4, 6, 8. Coeficientul de randament termic poate fi crescut prin crestere pantă x încălzirea suprafețelor, în special, prin utilizarea ecranelor și ecranelor cu lumină dublă, precum și prin menținerea suprafețelor de încălzire curate în timpul curățării sistematice a contaminanților prin suflare sau prin impact mecanic pe conducte.
Intensificarea transferului de căldură radiativ și convectiv, după cum se poate observa din expresiile pentru determinarea coeficienților de transfer de căldură, este posibilă prin creșterea vitezei lichidului de răcire, în primul rând a produselor de ardere, precum și prin reducerea diametrului conductelor d sau diametrul canalului echivalent d K . În același timp, coeficientul transfer de căldură convectiv creşte proporţional cu viteza gazului cu puterea de 0,6-0,8 şi invers proporţional cu mărimea determinantă d cu puterea de 0,4-0,2, în funcţie de amplasarea conductelor în raport cu debitul de gaz. În consecință, elementele convective necesare cazanului sunt reduse. Cu toate acestea, odată cu creșterea vitezei gazelor, există o creștere a rezistenței aerodinamice a suprafeței de încălzire, care este proporțională cu pătratul vitezei gazelor și, în consecință, o creștere a consumului de energie electrică pentru tracțiune. . În acest sens, apar limite fezabile din punct de vedere economic pentru creșterea vitezei gazelor, care sunt și ele limitate (la arderea combustibilului solid) de condițiile de uzură a suprafețelor de încălzire.
Mai utilizată este a doua modalitate de a crește eficiența transferului de căldură convectiv (intensificarea transferului de căldură radiativ și convectiv) - reducerea diametrului conductelor și canalelor echivalente. Odată cu scăderea diametrului tuburilor, rezistența aerodinamică a fasciculelor de tuburi la o viteză constantă a gazului scade chiar ușor. Reducerea diametrului conductelor utilizate pentru suprafețele de încălzire convectivă este una dintre tendințele caracteristice în dezvoltarea proiectelor de cazane în ultimele decenii.
O consecință a intensificării proceselor de transfer de căldură este o creștere a coeficientului de transfer de căldură, care, cu suprafețe curate de schimb de căldură, este determinat de coeficienții de transfer de căldură din partea lichidelor de încălzire și de răcire încălzite. În multe cazuri, proprietățile fizico-chimice ale purtătorilor de căldură utilizați diferă semnificativ, presiunea și temperatura acestora, iar coeficienții de transfer de căldură nu sunt aceiași. Astfel, valoarea coeficientului de transfer termic pe partea apei α = 2000 ... 7000 W / (m 2 K), pe partea lichidului de răcire cu gaz α ≤ 200 W / (m 2 K), pt. lichide vâscoaseα \u003d 100 ... 600 W / (m 2 K). Este evident că intensificarea transferului de căldură trebuie efectuată pe partea lichidului de răcire, care are o valoare mică a coeficientului de transfer de căldură. Cu aceeași ordine de valori a coeficienților de transfer de căldură ai purtătorilor de căldură, intensificarea transferului de căldură poate fi efectuată pe ambele părți ale transferului de căldură, dar ținând cont de capacitățile operaționale și tehnice.
De obicei, intensificarea transferului de căldură este asociată cu o creștere a costurilor energetice pentru a depăși creșterea rezistenței hidraulice. Prin urmare, unul dintre principalii indicatori care caracterizează oportunitatea intensificării transferului de căldură în schimbătoarele de căldură este eficiența energetică a acestuia. Creșterea intensității transferului de căldură ar trebui să fie proporțională cu creșterea rezistenței hidraulice.
Sunt utilizate următoarele metode principale de intensificare a transferului de căldură:
construcția de suprafețe și suprafețe rugoase formă complexă, contribuind la turbulența curgerii în stratul din apropierea peretelui;
utilizarea de inserții turbulente în canale;
creșterea suprafeței de schimb de căldură prin intermediul aripioarelor;
impactul asupra fluxului de lichid de răcire de către câmpurile electrice, magnetice și ultrasonice;
turbulența stratului din apropierea peretelui prin organizarea fluctuațiilor de viteză a fluxului care se apropie și a vârtejului acestuia;
impact mecanic asupra suprafeței de schimb de căldură prin rotația și vibrația acesteia;
utilizarea unei duze granulare atât în stare staționară, cât și în pseudo-mișcare;
adăugarea de particule solide sau bule de gaz la lichidul de răcire.
Posibilitatea și oportunitatea utilizării uneia sau alteia metode de intensificare pentru condiții specifice sunt determinate de capacitățile tehnice și eficiența acestei metode.
Una dintre cele mai utilizate metode de intensificare a transferului de căldură (creșterea debitului de căldură) este finarea suprafeței exterioare a țevilor, cu condiția ca un lichid de răcire cu o valoare scăzută a coeficientului de transfer de căldură să fie direcționat în spațiul inelar.
Schemele unor dispozitive utilizate pentru intensificarea transferului de căldură în conducte sunt prezentate în tabel. 7.1.
7.1. Scheme de dispozitive utilizate pentru intensificare
transfer de căldură
|
nervuri |
nervuri | ||
|
răsucit |
Conductă cu proeminențe elicoidale bine definite |
|
|
|
Agitator continuu cu șurub |
Conductă răsucită | ||
|
Tip canal inelar difuzor-confuzor |
Alternând proeminențe inelare conturate neted pe suprafata interioarațeavă netedă |
Se folosesc turbioane cu palete, turbioane cu șurub intermitent cu o formă diferită a corpului central etc.. Trebuie remarcat faptul că, odată cu creșterea coeficientului de transfer termic cu 30 ... 40%, are loc o creștere a rezistenței hidraulice cu de 1,5-2,5 ori. Acest lucru se explică prin faptul că disiparea energiei în timpul dezintegrarii structurilor de vortex la scară mare (acestea apar atunci când fluxul se învârte) depășește semnificativ generarea de turbulențe - pentru a alimenta vârtejurile care slăbesc, o alimentare continuă de energie din exterior este Necesar.
S-a stabilit că în regimuri de curgere turbulente și de tranziție, este indicată intensificarea pulsațiilor turbulente nu în miezul curgerii, ci în stratul din apropierea peretelui, unde conductivitatea termică turbulentă este scăzută și densitatea fluxului termic este maximă, deoarece aceasta stratul reprezintă 60 ... 70% din diferența de temperatură disponibilă „perete-lichid”. Cum mai mult număr R r, stratul mai subțire pe care este oportun să îl influențezi.
Recomandările de mai sus pot fi implementate prin crearea într-un fel, de exemplu, prin moletare, alternând proeminențe inelare bine definite pe suprafața interioară a unei țevi netede. Pentru picurarea lichidelor cu P r = 2…80 cele mai bune rezultate au fost obținute la t sun /d int = 0,25 ... 0,5 și d sun / d int = 0,94 ... 0,98. Deci, la R e = 10 5, transferul de căldură crește de 2,0-2,6 ori cu o creștere a rezistenței hidraulice de 2,7-5,0 ori în comparație cu transferul de căldură al unei țevi netede. Pentru aer s-au obținut rezultate bune la t soare /d in = 0,5 ... 1,0 și d soare / d in = 0,9 ... 0,92: în regiunea de tranziție a fluxului (R e = 2000 ... 5000) un creșterea transferului de căldură de 2,8 ... 3,5 ori cu o creștere a rezistenței de 2,8-4,5 ori (comparativ cu o țeavă netedă).
Metodele de influență mecanică asupra suprafeței de schimb de căldură și influența asupra fluxului de câmpuri electrice, ultrasonice și magnetice nu au fost încă studiate suficient.
Transfer de căldură convectiv
Convecție- aceasta este mișcarea căldurii datorată mișcării unor volume macroscopice specifice de lichid sau gaz. Convecția este întotdeauna însoțită de transfer de căldură prin conducție.
Sub transfer de căldură convectivînțelegerea procesului de propagare a căldurii într-un lichid (sau gaz) de la suprafața unui corp solid sau la suprafața acestuia simultan prin convecție și conductivitate termică. Un astfel de caz de propagare a căldurii se mai numește și transfer de căldură prin contact sau pur și simplu transfer de căldură.
Transferul de căldură prin convecție este cu atât mai intens, cu atât întreaga masă a lichidului se mișcă mai turbulent și cu atât se realizează amestecarea particulelor sale mai puternic. Acea. Convecția este asociată cu transferul mecanic de căldură și depinde puternic de condițiile hidrodinamice ale fluxului de fluid.
În funcție de natura apariției, se disting două tipuri de natura mișcării unui lichid:
1. gratuit mișcarea fluidelor (de ex. convecție naturală) - apare din cauza diferenței de densități a particulelor lichide încălzite și reci și este determinată de proprietăți fizice lichid, diferențele sale de volum și temperatură între particulele încălzite și cele reci.
2. forţat (forţat) miscarea fluidului ( convecție forțată) apare sub influența unui agent patogen străin, cum ar fi o pompă, un ventilator. Este determinat de proprietățile fizice ale fluidului, viteza acestuia, forma și dimensiunea canalului în care se efectuează mișcarea.
LA caz general Odată cu mișcarea forțată, mișcarea liberă se poate dezvolta simultan. Procesele de transfer de căldură sunt indisolubil legate de condițiile de mișcare a fluidului. După cum se știe, există două regimuri principale de curgere: laminar și turbulent. La flux laminar Fluxul este calm și ondulator. Cu turbulente - mișcarea este dezordonată, vârtej. Pentru procesele de transfer de căldură, modul de mișcare a fluidului de lucru are un foarte mare importanță, deoarece determină mecanismul transferului de căldură.
Mecanismul transferului de căldură prin convecție
(schimb de căldură convectiv)
Să luăm în considerare procesul de transfer de căldură prin convecție și conductivitate termică de la suprafața unui corp solid către fluxul de lichid (sau gaz) care îl spală sau, dimpotrivă, de la fluxul către corp solid, de exemplu, peretele schimbătorului de căldură.
În miezul fluxului, transferul de căldură se realizează simultan prin conducție și convecție a căldurii. Mecanismul transferului de căldură în miezul fluxului în timpul mișcării turbulente a mediului se caracterizează prin amestecare intensă datorită pulsațiilor turbulente, ceea ce duce la egalizarea temperaturilor în miez la o anumită valoare medie t av (t av1 sau t av2 ). În consecință, transferul de căldură în miez este determinat în primul rând de natura mișcării lichidului de răcire, dar depinde și de proprietățile sale termice. Pe măsură ce ne apropiem de perete, intensitatea transferului de căldură scade. Acest lucru se explică prin faptul că în apropierea peretelui se formează un strat limită termic similar cu stratul limită hidrodinamic. Acea. pe măsură ce te apropii de perete valoare mai mare capătă conductivitate termică, iar în imediata vecinătate a peretelui (într-un substrat termic laminar foarte subțire) transferul de căldură se realizează numai prin conductivitate termică.
Substratul limită termic este considerat a fi stratul din apropierea peretelui în care efectul fluctuațiilor turbulente asupra transferului de căldură devine neglijabil.
Trebuie remarcat faptul că intensitatea t/recul este determinată în principal de rezistența termică a substratului din apropierea peretelui, care, în comparație cu rezistența termică a miezului, se dovedește a fi decisivă.
În cazul fluxului de fluid turbulent, transferul de căldură are loc mult mai intens decât în cazul fluxului laminar. Pe măsură ce turbulența fluxului crește, amestecul crește, ceea ce duce la o scădere a grosimii stratului limită și la o creștere a cantității de căldură transferată.
Unul dintre sarcini practiceîn tehnologie este dezvoltarea turbulențelor în timpul mișcării lichidelor de răcire.
Scopul dezvoltării turbulenței în echipamentele de schimb de căldură este reducerea grosimii substratului limită termic, în acest caz procesul fiind limitat doar de convecție.
Cantitatea de căldură transferată de conductivitatea termică moleculară este determinată de legea Fourier:
t este temperatura la limită
Căldura transferată prin convecție este determinată în conformitate cu legea lui Newton sau legea transferului de căldură:
(2)
Cantitatea de căldură transferată de suprafața F, care are o temperatură t st către mediu cu o temperatură t cf, este direct proporțională cu suprafața de schimb de căldură și diferența de temperatură m/y t st și t cf mediului.
Datorită pulsațiilor turbulente, temperaturile sunt egalizate și pot fi egalate.
Echivalând (1) și (2) ecuația obținem:
Dar valoarea este greu de determinat.
coeficient de transfer termic, [W / m 2 K] - arată câtă căldură este transferată de la 1 m 2 din suprafața peretelui către lichid la o diferență de temperatură între perete și lichid de un grad.
Valoarea caracterizează intensitatea transferului de căldură între suprafața unui corp, de exemplu, un perete solid și mediu inconjurator(picurare lichid sau gaz).
Procesul de transfer de căldură este proces complex, iar coeficientul de transfer termic este functie complexa diferite cantităţi care caracterizează acest proces.
Coeficientul de transfer termic depinde de următorii factori:
Viteza fluidului, densitatea și vâscozitatea acestuia, adică variabilele care determină modul de curgere a fluidului;
Proprietățile termice ale lichidului (capacitate termică specifică C p, conductivitate termică), precum și coeficientul de dilatare a volumului;
