ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Предисловие. . . . . . . . . 5 Глава восьмая. ЭкспериментальСистема условных обозначении. . 7 ные методы из "Компактные теплообменники Изд.2" Большинству из обозначений даются .)пределения по мере того как они вводятся, или же они очевидны из контекста, в котором упоминаются. Однако для удобства олный перечень обозначений дается также и здесь. [c.7] Ми — число Нуссельта, критерий теплового подобия, безразмерный коэффициент теплоотдачи. [c.9] Рг — число прандтля, критерий физических свойств. [c.9] В задачу расчета теплообменника входит определение как тепловых потоков между теплоносителями, так и мощности источника механической энергии, расходуемой на преодоление сил трения и сопротивления, возникающих при движении жидкости через теплообменник. [c.10] В связи с этим следует помнить, что в большинстве тепловых систем механическая энергия стоит в 4— 10 раз дороже, чШ ей количест Щ тепл . . [c.10] Можно легко показать, 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. [c.10] Если в каком-то конкретном случае есть основание считать, что затраты энергии на преодоление сил трения окажутся большими, разработчик может уменьшить скорость потока путем увеличения числа каналов в теплообменнике. Это повлечет за собой уменьшение тепловой нагрузки, но в соответствии с приведенными выше соотношениями падение тепловой нагрузки будет значительно меньше, чем снижение сопротивления двил ению. Падение тепловой нагрузки может быть затем компенсировано увеличением поверхности теплообмена (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.10] Таким образом, большие поверхности теплообмена являются типичной характеристикой газовых теплообменников. [c.11] 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.11] Высказанные соображения привели к разработке множества методов конструирования развитых теплообменных поверхностей для газовых теплообменников, характеризующихся большим отношением площади к объему. Такие поверхности и будут в дальнейшем называться компактными поверхностями теплообмена. На рис. 1-1 представлено несколько типичных конструкций компактных теплообменных поверхностей. [c.11] Простейшей и наиболее распространенной конструкцией теплообменной поверхности для теплообменника с двумя теплоносителями является пучок круглых трубок, показанный на рис. 1-1. [c.11] Эта конструкция уже давно применялась и для жидкостей большой плотности и для жидкостей малой плотности, 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 Д дюйма (6,3 мм) встречаются редко. [c.11] Другой широко известный вариант конструкции с оребренными трубками (пучок трубок со сплошными ребрами) показан на рис. 1-1,0. Здесь изображены плоские трубки, но в такой конструкции могут быть использованы и круглые. [c.12] В компактных теплообменниках газ — газ желательно иметь сидь но развитую поверхно сть со стороны обоих теплоносител ей способ достижения этой цели проиллюстрирован на примере пластинчаторебристых конструкций на рис. 1-1,г, 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 противоточ-ным или перекрестным, что расширяет возможности применения данной конструкции. [c.12] На рис. 1-1, 3 показан вариант конструкции ребра могут быть прерывистыми, а не сплошными, что изменяет основные тепловые и гидравлические характеристики в направлениях, которые будут в дальнейшем рассмотрены. [c.12] В теплообменнике периодического действия энергия передается конвекцией и аккумулируется в насадке, от которой затем отдается другой жидкости. На рис. 1-1,е показана одна из таких компактных насадок, которая может быть изготовлена из рядов сплошных стержней или проволочных сеток. [c.12] Таким образом, график зависимости а от может быть получен, если основные характеристики теплообмена и трения известны как функции числа Рейнольдса. Затем зависимость для любой конкретной конструкции поверхности теплообмена представляется одной кривой на графике типа показанного на рис. 1-2 (для свойств воздуха при давлении 1 ат и температуре 260° С) . Интересной особенностью этого графика является очень большая разница в затратах энергии на преодоление трения для данного теплового потока на различных поверхностях теплообмена или, наоборот, меньшая разница значений теплового потока для данной величины затрат энергии на преодоление трения. [c.12] Следует, во-первых, отметить, что компактность сама по себе является залогом высокой эффективности теплообменной поверхности. Сечения каналов компактной поверхности малы, а коэффициент теплоотдачи а всегда изменяетс Р пропорционально гидравлическому диаметру канала в отрицательной степени. Таким образом, в самой природе кол1пактных поверхностей заложены свойства, обусловливающие высокий коэффициент теплоотдачи благодаря этому такие поверхности на графиках зависимости теплопередачи от сопротивления трению выражаются кривыми высокой эффективности, несмотря на то, что малый гидравлический диаметр отрицательно влияет на величину затрат энергии на преодоление трения, как это можно видеть из уравнения (1-2). [c.13] Один из наиболее широко используемых способов увеличения коэффициента теплоотдачи состоит в применении прерывистых поверхностей с таким расчетом, чтобы уменьшить толшину пограничного слоя у этих поверхностей. На рис. 1-1 показана такая прерывистая поверхность. Развитые поверхности особенно удобны для подобной обработки. Придание поверхности прерывистости увеличивает фактор трения, однако небольшое увеличение интенсивности теплоотдачи может с лихвой возместить значительное увеличение фактора трения,поскольку скорость потока может быть при этом уменьшена, а потери энергии на преодоление трения изменятся пропорционально кубу скорости. [c.14] Другие методы достижения высокой эффективности с помошью изменения геометрии канала включают использование криволинейных или волнистых ((рифленых) поверхностей, на которых происходит отрыв пограничного слоя. Пучок труб, в котором поток жидкости перпендикулярен оси труб, является высокоэффективной поверхностью, так как на каждой отдельной трубе образуется новый пограничный слой, и коэффициент теплоотдачи в этом случае намного выше, чем при течении жидкости с той же скоростью внутри труб. Для увеличения теплоотдачи часто применяют различные типы вставок (турбулизаторов), но такой метод не является столь эффективным, как разрыв и уменьшение толщины пограничного слоя непосредственно на поверхности теплообмена. [c.14] Вернуться к основной статье