ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Представление данных о гидравлическом сопротивлении из "Справочник по расчетам гидравлических и вентиляционных систем" В течение многих лет точные данные, характеризующие гидравлическое сопротивление и теплопередачу, приемлемые для расчета теплообменников, были известны лишь для случая течения через пучки круглых труб и для внешнего обтекания пучков таких труб. Необходимость в малогабаритных и легких теплообменниках для самых разнообразных средств передвижения — от автомобиля до летательного аппарата, а также для других разнообразных областей применения привела к разработке множества поверхностей теплообмена, которые отличаются значительно большей компактностью, чем любые практически возможные теплообменники с круглыми трубками. [c.561] Кроме того, характеристики многих таких поверхностей отличаются в лучшую сторону от характеристик поверхностей, образованных трубами круглого сечения. Однако отсутствие основных данных для расчета гидравлического сопротивления и теплопередачи, а также отсутствие точных представлений о механизме протекающих процессов в течение длительного периода ограничивали использование таких поверхностей в теплообменниках. [c.561] В задачу расчета теплообменника входит определение, помимо других параметров, мощности источника механической энергии, расходуемой на преодоление сопротивления движению жидкости через теплообменную поверхность. [c.561] Для теплообменников, работающих на жидкостях большой плотности, затраты энергии на преодоление сил трения обычно малы по сравнению с тепловыми нагрузками поверхности, вследствие чего влияние затрат мощности на преодоление трения редко является определяющим. Однако в теплообменниках, работающих на газах, затраты механической энергии на преодоление сопротивления трения и вихревого сопротивления легко могут достигпуть величины, близкой к количеству энергии, передаваемой в виде тепла. [c.561] В связи с этим следует отметить, что в большинстве тепловых систем механическая энергия стоит в 4—10 раз дороже, чем эквивалентное ей количество тепла. [c.561] Известно, что для большинства геометрических форм каналов, которые могут быть использованы при компоновке поверхности теплообменника, тепловая нагрузка на единицу поверхности может быть увеличена путем увеличения скорости жидкости и что изменение этой нагрузки пропорционально изменению скорости в степени несколько меньшей, чем единица [437]. [c.561] Затраты энергии па преодоление сопротивления движению жидкости также возрастают с увеличением скорости потока, но они изменяются пропорционально кубу или по крайней мере квадрату скорости, но никак не меньше [306]. Это и есть та характерная особенность взаимной зависимости параметров, которая позволяет принимать в расчет именно эти два показателя - тепловую нагрузку и потерю напора на преодоление сопротивления движению. [c.561] Если в каком-то конкретном случае есть основание считать, что затраты энергии на преодоление сопротивления окажутся большими, то можно уменьшить скорость потока. Это повлечет за собой уменьшение тепловой нагрузки, но, в соответствии с приведенными выше соображениями, падение тепловой нагрузки будет значительно меньше, чем снижение сопротивления движению. Падение тепловой нагрузки может быть затем компенсировано увеличением поверхности теплообмена (например, увеличением длины трубок), что в свою очередь также приведет к увеличению затрат энергии на преодоление сил сопротивления движению, но только в той пропорции, в какой увеличена поверхность теплообмена. [c.561] В газовых теплообменниках ограничения, связанные с затратами энергии на преодоление сопротивления, обычно вынуждают выбирать сравнительно низкие скорости газа, что вместе с плохой теплопроводностью газов (малой по сравнению с теплопроводностью большинства жидкостей) приводит к низким тепловым нагрузкам на единицу поверхности. [c.561] Таким образом, большие поверхности теплообмена являются типичной характеристикой газовых теплообменников. [c.561] Для газо-газовых теплообменников могут потребоваться в десятки раз большие поверхности теплообмена по сравнению с конденсаторами, испарителями или теплообменниками типа жидкость - жидкость при сравнимых общих тепловых нагрузках и затратах энергии на перемещение теплоносителей. Например, регенератор газотурбинной установки, если он достаточно эффективен, требует в несколько раз большей поверхности теплообмена по сравнению с суммарной поверхностью котла и конденсатора в паротурбинной установке такой же мощности. [c.561] Поэтому разработаны развитые теплообменные поверхности для газовых теплообменников, характеризующихся большим отношением площади к объему. Такие поверхности и называются компактными поверхностями теплообмена. На рис. 1.204 представлено несколько типичных конструкций компактных теплообменных поверхностей. [c.561] Простейшей и наиболее распространенной конструкцией поверхности для теплообменника с двумя теплоносителями является пучок круглых трубок, показанный па рис. 1.204а. [c.561] Эта конструкция уже давно применялась и для жидкостей большой плотности и для газов, однако имеется лишь единственный способ увеличения компактности, заключающийся в уменьшении диаметра трубок. Трудности изготовления и высокая стоимость накладывают серьезные ограничения на такое решение, и поэтому крупные теплообменники с трубками диаметром менее 6,3 мм встречаются редко. [c.561] Эффективный способ увеличения компактности состоит в использовании вторичных поверхностей, или ребер, со стороны одной или обеих жидкостей. На рис. 1.2046 показана поверхность из сребренных труб, которая образована с помощью круглых ребер, укрепленных на наружной поверхности круглых труб. [c.561] Такая поверхность часто используется в теплообменниках газ—жидкость , в которых при оптимальной конструкции поверхность со стороны газа должна быть максимальной. [c.561] Другой широко известный вариант конструкции с сребренными трубками (пучок трубок со сплошными ребрами) показан на рис. 1.204. [c.562] В компактных теплообменниках газ—газ необходимо иметь сильно развитую поверхность со стороны обоих теплоносителей. Способ достижения этой цели проиллюстрирован на примере пластинчато-ребристых конструкций на рис. 1.204г,д. Теплообменник напоминает пакет из плоских пластин, между которыми находятся соединяющие их ребра. Оба теплоносителя движутся между чередующимися парами пластин, причем течение теплоносителей может быть проти-воточным или перекрестным, что расширяет возможности применения данной конструкции. [c.562] На рис. 1.204д показан вариант теплообменной поверхности, у которой ребра могут быть прерывистыми, а пе сплошными, что изменяет их основные гидравлические и тепловые характеристики. [c.562] В теплообменниках периодического действия энергия передается конвекцией и аккумулируется в насадке, от которой затем передается другой жидкости. На рис. 1.204е показана одна из таких компактных насадок, которая может быть изготовлена из рядов сплошных стержней или проволочных сеток и образует насадочную поверхность теплообмена. [c.562] Вернуться к основной статье