ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплопередача из "Процессы и аппараты химической технологии Часть 1" Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителей в трубах и каналах. Обьгчно в теплообменных аппаратах один из теплоносителей движется по трубам, с помощью которых чаще всего в технике формируется поверхность теплопередачи. Поэтому для расчета и рациональной эксплуатации теплообменников очень важно знание основных закономерностей переноса теплоты при движении теплоносителя в трубах. [c.293] При ламинарном движении теплоносителя, равномерном распределении скорости и температуры на начальном участке трубы у поверхности стенки образуются (рис. 11-12,42) пограничные слои толщиной (гидродинамический) и 5 (тепловой). Толщина этих слоев по мере удаления от входа увеличивается, и на некотором расстоянии, называемом длиной участка гидродинамической (/ ) и тепловой (/ ) стабилизации, они смыкаются. При этом коэффициент теплоотдачи изменяется (рис. 11-12,6) от максимального значения на входе до практически неизменного после смыкания пограничных слоев. Явление резкого увеличения скорости переноса субстанции (в данном случае-теплоты) при входе потока в аппарат получило название входной эффект . Очевидно, что для создания условий повышенных значений коэффициентов теплоотдачи целесообразно формировать теплообменники с длиной труб, незначительно превышающей 1 . [c.293] В уравнении (11.62) все физические характеристики, входящие в критерии Re и Рг, подставляются при средних температурах теплоносителей, а в критерий Рг т-при температуре стенки. Отношение критериев Рг/Рг отражает влияние на коэффициент а направления теплового потока при нагревании Рг ., Рг, и Рг/Рг 1 при охлаждении Pr Рг, и Рг/Рг т 1- При невысоких разностях температур между теплоносителями значением Рг/Рт т в уравнении (11.49) можно пренебречь. Для газов критерий Рг A 1, и отношение Рг/Рг также равно 1. Коэффициент е, =f(l/d) учитывает влияние на коэффициент теплоотдачи входного эффекта. Приближенно е, = 1 + 2/ I/d). При l/d 15 имеем е, = 1. [c.294] Определяющим размером в уравнениях (11.62)-(11.65) является диаметр трубы или эквивалентный диаметр i/., сечения потока. Для ламинарного потока при l/d 50 е, = . Величина е, обычно близка к единице и для приближеннь(х расчетов может не учитываться. [c.294] Другой способ интенсификации, не приводящий к с)оцествен-ному повышению гидравлического сопротивления, заключается в следующем. Путем выдавливания снаружи трубы с помощью специального устройства на внутренней стенке трубы образуются небольшие по высоте (1-2 мм) выступы. Расстояние между выступами равно диаметру трубы или несколько меньше его. При турбулентном движении жидкости в потоке за зауженным участком трубы возникают вихри, которые существенно турбулизуют пограничный слой и тем самым резко снижают его термическое сопротивление. При этом коэффициент теплоотдачи увеличивается в несколько раз. К конструктивным способам интенсификации процесса теплоотдачи можно отнести также использование различных вставок внутри труб, приводящих к завихрению потока, а также установку перегородок в межтрубном пространстве кожухотрубных теплообменников, с помощью которых увеличивают скорость движения жидкости и ее турбулизацию вследствие чередующегося изменения направления потока. [c.295] К эффективным технологическим методам интенсификации теплообмена относятся создание пульсаций потока жидкости, а также проведение процесса в тонких каналах, при течении жидкости в виде тонкой пленки и др. [c.295] В этих уравнениях за определяющий геометрический размер принят внешний диаметр трубы, а в качестве определяющей температуры-средняя температура жидкости. [c.296] При проектировании теплообменных аппаратов следует выбрать оптимальную компоновку с учетом капитальных и эксплуатационных затрат. При больших числах Рейнольдса (при Ке З-Ю ) обычно оказывается предпочтительнее теплообменник с шахматным расположением труб в пучке. [c.297] Для расчетов по уравнению (11.56) физические свойства теплоносителя берут при средней температуре пограничного стюя t p = 0,5( T + tj. В качестве определяющего геометрического размера принимают высоту вертикальной поверхности или наружный диаметр трубы. [c.298] При первом режиме теплота передается в основном теплопроводностью, так как теплоотдача слабо зависит от величины GrPr. При втором режиме теплота передается в основном свободной (естественной) конвекцией при ламинарном течении теплоносителя. При третьем режиме теплота передается свободной конвекцией при смешанном и турбулентном движении теплоносителя. [c.298] Более сложные случаи теплоотдачи при естественной конвекции рассмотрены в специальной литературе. [c.298] Теплоотдача в аппаратах с механическими мешалками. В химической технологии этот вид теплоотдачи распространен достаточно широко. В аппаратах с мешалками (см. гл. 7), имеющими поверхность теплообмена в форме рубашек или змеевиков, процесс теплоотдачи из-за перемешивания жидкости протекает очень интенсивно. Это происходит вследствие значительной скорости обтекания циркуляционными токами жидкости поверхностей теплообмена. Интенсивное перемешивание обеспечивает равномерность температуры практически по всему объему среды, т.е. в этих аппаратах гидродинамическая структура потоков наиболее близка к модели идеального смешения. [c.298] Значение остальных физических констант следует брать при средней температуре жидкости. [c.299] Теплоотдача в пленочных аппаратах. Перенос теплоты от стенки к пленке жидкости происходит в аппаратах для проведения процессов нагревания и охлаждения в пленочных теплообменниках и кипения в пленочных испарителях. Вследствие высокой скорости движения жидкой пленки коэффициенты теплоотдачи в пленочных теплообменниках обычно в 2-3 раза выше, чем в трубчатых, в которых все сечение трубок заполнено жидкостью. Поскольку скорость течения пленки по вертикальной стенке большая, то время пребывания жидкости в таких аппаратах обычно мало. Поэтому часто пленочные аппараты применяют для нагревания, охлаждения или испарения нетермостойких жидкостей. К достоинству пленочных аппаратов относятся также возможность выпаривания пенящихся растворов, низкое гидравлическое сопротивление и т.п. [c.299] В специальной литературе приводятся соотношения для других режимов и условий проведения пленочной теплоотдачи. [c.299] Следует учесть, что шероховатость теплообменной поверхности способствует турбулизации жидкости в стекающей штенке и соответственно-интенсификации процесса теплоотдачи. [c.299] Выведем уравнение переноса теплоты от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку при услювии постоянных и изменяющихся вдоль поверхности теплообмена температур теплоносителей. [c.300] Вернуться к основной статье