Теплонспользующие установки промышленных предприятий

Гладкотрубные рабочие поверхности. Оребрение как метод интенсификации теплообмена

Гладкие поверхности теплообмена прямых кана­лов круглой формы наиболее приемлемы для изготовления теплообменных поверхностей рекуперативных аппаратов преж­де всего в силу максимальной простоты технологии изготовле­ния аппарата.

Кроме того, гладкие круглые трубы обладают минималь­ным гидравлическим сопротивлением при эквивалентных жи­вых сечениях канала, что минимизирует затраты мощности на прокачку теплоносителя. При работе под давлением такие ка­налы имеют максимальную прочность по сравнению с другими каналами эквивалентного живого сечения.

Отмеченные обстоятельства обусловили широкое примене­ние гладкотрубных поверхностей в рекуперативных теплооб­менных аппаратах. Благодаря гладкой поверхности канала, определяющей минимальную турбулизацию потока, коэффици­ент теплоотдачи также минимален. Если теплоносители суще­ственно различаются по физическим характеристикам, так что коэффициенты теплоотдачи на внутренней и внешней поверх­ностях отличаются на порядок и более, возникает необходи­мость интенсификации теплообмена на стороне одного из теп­лоносителей.

Простейший способ такой интенсификации — организация поперечного обтекания трубного пучка этим теплоносителем [см. формулы (2.18), (2.19)]. Некоторую интенсификацию те­плообмена обеспечивает переход от прямотрубных систем к спиральным гладким трубам [см. формулы (2.9) — (2.11)].

Наиболее эффективны методы, турбулизнрующие пристен­ный слои настолько, чтобы не выносить вихри в ядро потока.

Такая турбулизацня пограничного слоя достигается плавно очерченными выступами высотой порядка толщины пристенно­го слоя, расположенными так, чтобы вихри успевали заметно затухнуть на пути к следующему турбулизатору. Интенсифи­кация теплообмена в каналах достигается также с помощью периодических кольцевых диафрагм [27]. В работе [27] полу« чены уравнения теплоотдачи и гидравлического сопротивления в зависимости от геометрии канала с кольцевыми диафрагма­ми, Для d/D = 0,9 - ь 0,97 и t/D = 0,5 - s - 1

TOC o "1-5" h z

Nu/Nu™ _ (1 + *

]; (3.4)

(</£>)0,6®

Ї 100 (1, Ве - 4.6) (11- ,0Р)1-*1 Г25 (I - 3 5)

ехиМЭ)0'3 .1 I (</£>) 5]

Вместе с тем количество тепла, воспринимаемого (отда­ваемого) теплоносителем, увеличивается не только в резуль­тате турбулизацня потока, но и вследствие увеличения площади поверхности взаимодействия теплоносителя с твердым телом. Наиболее распространенный способ развития поверхности — оптимальное оребрение [23, 103].

Конструктивно оребрение круглых и произвольного профи­ля прямых труб развивается в двух направлениях: продольное и поперечное оребрение (см. рис. 3.2, 3.3). Подчеркнем, что основное направление в конструировании оребренных труб со­четает развитие теплообмена с турбулизаиией потока.

Для расчета коэффициента теплопередачи оребреннон тру­бы используем коэффициент теплоотдачи орсбренной поверх­ности

1 +(Э-1)ГР

Где Э—коэффициент эффективности ребер [23]; /•’р— поверхность ребер; — полная поверхность; а — коэффициент теплоотдачи в характерном канале.

Например, при продольном обтекании труб с продольными перфорированными ребрами (рио. 3.2) уравнение для определения а имеет вид

N4= 0,045Ке0-*(-2-)-0'2 (3.7)

При 3-10э< Ие< 1,5-104; /,,/Лр = 0,85 ч-0,9; а = 5 ч - 20; Ь = = 1-г-1,5.

В случае продольного обтекания труб с продольными разрез­ными ребрами и отгибом кромок (рис. 3.2) коэффициент а полу­чим из уравнения [46|; Ыир = сйи (3.8) при Ар = 8-т-12 мм;

= 12ч-20 мм; і = 10 мм.

Значение N11 находим по формуле (2.4). Коэффициент с, учи­тывающий влияние турбулизации потока отогнутыми кромка­ми, определим по приведенным данным: