Теплонспользующие установки промышленных предприятий

ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА В РЕКУПЕРАТИВНЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТАХ

Основное назначение поверхностей теплообмена в рекуперативных теплообменных аппаратах — исключить прямое взаимодействие двух потоков теплоносителя, которые мо­гут существенно отличаться своими физико-химическими свой­ствами и смешение которых недопустимо по технологическим и другим условиям.

Назначение аппарата — перенос энергии (тепла) с мини­мальными потерями и затратами энергии на проталкивание теплоносителей через теплообменнын аппарат, поэтому поверх­ности теплообмена (разделяющие стенки) должны обладать предельно допустимыми возможностями интенсивного переноса тепла от потока греющего теплоносителя к стенке и от стенки к нагреваемой среде.

Основным средством интенсификации теплообмена между тпердым телом и потоком служит турбулизация потока, прежде »сего и главным образом пограничного слоя. Однако не следу­ет забывать, что всякая турбулизация течения связана с уве­личением затрат энергии на проталкивание теплоносителей.

Одной из важнейших в теплотехнике представляется задача эффективной оценки профилей поверхности теплообмена. Эта задача решена в трудах М. В. Кирпичева, А. А. Гухмана, В. М. Антуфьева. Основу метода оценки составляет предложен­ный М. В. Кнрпичевым энергетический коэффициент, опреде­ляемый как отношение количества тепла, переданного через поверхность теплопередачи, к работе, затраченной на преодоле­ние гидравлического сопротивления при перемещении среды: Е = Q/N (3.1), где Q — теплота, переданная через данную по­верхность, Дж; N — работа перемещения жидкости, Дж. В прак­тике используют энергетический коэффициент в форме £ = = a/N0 (3.2). Здесь а — коэффициент теплоотдачи на поверх­ности при заданных условиях омывания, Вт/(м2-К); N0 — энер­гия, затраченная за 1 с па перемещение омывающей среды, отнесенная к 1 м2 поверхности, Вт/м2.

Для сравнительной оценки энергетической эффективности раз­личных форм конвективных поверхностей при различных режи­мах течения среды уравнение (3.2) удобнее записать в виде а =

Ддр

— f(N0) (3.3). Так как = —р— (G — массовый расход среды;

Г "к

АР — гидравлическое сопротивление канала; р —плотность среды; FK— рабочая поверхность канала), значения a, N., должны со­поставляться при одинаковых физических параметрах.

Сопоставление можно осуществить на основании следующих данных.

1. Уравнение теплооттачи в канале Ми = / (Ие, Рг, .) п гид­равлическое сопротивление ЛЯ = 5^^-для каналов каждого типа

Или экспериментальные значения а, Л Р.

2. Средние и одинаковые для всех сравниваемых случаев вязкость среды, критерий'Прандтля и поправка на направление потока

3. Определяющий размер, к которому были отнесены Ни, 1?е.

4. Рабочая поверхность теплопередачи сопоставляемых ка­налов.

I — перфорированного ребро: 2 — раэр(Зное ребро с отгибом роиок

Варьируя скорость (в пределах режимов эксплуатации ап­парата), вычисляют парные значения а, N0 и строят зависи­мость а = }(М0). Лучшим в энергетическом отношении профи­лям соответствуют линии, расположенные выше.

Согласно данным исследований энергетических характерис­тик теплообменных поверхностей различного типа [6] (рис. 3.1) максимальным уровнем энергетической эффективности обладают пластинчато-волнистые поверхности с извилистыми щелевидпы - мн каналами. Наибольший эффект достигается тогда, когда удается решить проблемы не только энергетической эффектив­ности аппарата, но и его компактности.

Компактность аппарата в большой мере обусловливает объем капитальных затрат на его изготовление, на сооружение зданий, а в ряде случаев оказывается определяющей-при выбо­ре типа аппарата. Она характеризуется отношением общей пло­щади поверхности теплообмена, заключенной в корпусе аппара­та, к его объему (/уУ м2/м3). Например, компактность стандарт­ных образцов рекуперативных теплообменных аппаратов энерге -

Тнческих установок, работающих при высоких давлениях, оцени­вается коэффициентом заполнения объема поверхностями нагре­ва, равным 23—25 м2/м3.

В работе [72] рекомендуется повышение этого показателя до 30—35 м2/м3. Однако при выборе теплообменной поверх­ности не следует руководствоваться только задачами энерге­тической эффективности. Если, например, при анализе исход­ных данных на проектирование установлено, что для обеспе­чения механической прочности толщина разделяющих потоки стенок достаточно велика (последнее имеет место при сущест­венных различиях между уровнями давлений в потоках тепло­носителей), то искусственная турбулизация потока будет не­целесообразной. В этом случае при выборе типа теплообмен­ной поверхности будут учитываться требования механической прочности и длительной надежности аппарата.