Интенсификация теплоотдачи

Подробно исследованы теплообмен и гидравлическое сопротивление в теплообменных устройствах с пористыми элементами: однофазное транспирационное газовое охлаждение пористой стенки в системах теплозащиты; интенсификация теплообмена в каналах при размещении в них проницаемых вставок; испарительное жидкостное охлаждение пористой стенки с внешним и объемным теплоподводом.

Основное назначение ПТЭ с подводом теплоты от сплошной стенки — интенсификация теплообмена между поверхностью и омывающим ее потоком теплоносителя. Здесь качественно меняется механизм переноса теплоты: она от непроницаемой стенки передается теплопроводностью через каркас внутрь проницаемой матрицы и затем поглощается потоком теплоносителя за счет интенсивного внутрипорового теплообмена. По-

Интенсификация теплообмена особенно необходима в криогенных системах, где только так можно свести к минимуму площадь наружных поверхностей тепло-обменной аппаратуры. Некоторые из разработанных ранее теплообменных устройств с пористым заполнителем внутри каналов или в межтрубном пространстве созданы специально для криогенных температур. Например, в теплообменнике (см. рис. 1.10, а) во избежание снижения его эффективности за счет продольной теплопроводности пористый материал выполнен не сплошным, а в виде последовательно расположенных отдельных вставок. Кроме того, с этой же целью в гелиевых проточных криостатах предложено использовать сетчатые металлические вставки с ярко выраженной анизотропией теплопроводности, у которых продольная теплопроводность значительно меньше поперечной.

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА В КАНАЛАХ

13. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: Машиностроение, 1981. 205 с.

Глава 5. Интенсификация теплообмена в каналах с пористым высокотеплопроводным заполнителем................................ 96

В большинстве случаев процессы в машинах с достаточной степенью точности можяо считать адиабатными (q = Q), если не предусмотрена специально интенсификация теплообмена с внешней средой.

При заданном значении q интенсификация теплообмена за счет увеличения шероховатости возможна только до определенного. предела. Так, при кипении фреона-113 (рис. 7.10) увеличение высоты выступов шероховатости Rz от 18,7 до 58 мкм не приводит к росту коэффициента теплоотдачи. По данным работы [32], при кипении криогенных жидкостей максимальная теплоотдача наблюдается при Rz= = 5-=-10 мкм.

§ 12.1. Кризис теплообмена второго рода при кипении в круглых трубах. Интенсификация теплообмена

§ 12.5. Интенсификация теплообмена при ухудшенных режимах теплоотдачи

62. Интенсификация теплообмена при кипении хладагентов на поверхностях с газотермическими покрытиями/Дюяд«« В. А., Данилова Г. Н., Боришан-ская А. В. и др. — Химическое и нефтяное машиностроение, 1975, № 9, с. 22—23. ,

Для получения высоких коэффициентов теплоотдачи к газам стараются каким-либо способом уменьшить толщину пограничного слоя. Проще всего для этого увеличить скорость течения газа. Интенсификация теплоотдачи происходит и при резкой искусственной турбулиза-ции пограничного слоя струями, направленными по нормали к поверхности (рис. 9.3). С помощью системы из множества струй можно обеспечить высокие значения а от достаточно протяженной поверхности. Так, в воздушных струях с относительно невысокими скоростями истечения (ш«60м/с) удается достигать значений при а = 200-=-300 Вт/(м2-К). При обычном продольном обтекании протяженных поверхностей толщина пограничного слоя на них велика, а коэффициенты теплоотдачи к воздуху при таких скоростях обычно ниже 100 Вт/(м2-К).

— эффективное 91 Изобарный процесс 31 Изотермическая поверхность 70 Изотермический процесс 31, 39 Изохорный процесс 30, 38 Индикаторная диаграмма ДВС 178 Интенсификация теплоотдачи 100 Испарительное охлаждение 206

Для получения высоких коэффициентов теплоотдачи к газам стараются каким-либо способом уменьшить толщину пограничного слоя 8Т. Проще всего для этого увеличить скорость течения газа. Интенсификация теплоотдачи происходит и при резкой искусственной турбулизации пограничного слоя струями, направленными по нормали к поверхности (рис. 9.3). С помощью системы из множества струй можно обеспечить высокие значения а от достаточно протяженной поверхности. Так, в воздушных струях с относительно невысокими скоростями истечения (ги^бО м/с) удается достигать

кольцевых выступов на гладкой грубе. Обычно высота выступов Л невелика по сравнению с диаметром трубы d. Интенсификация теплоотдачи происходит в основном за счет воздействия шероховатости на гидро-- динамику турбулентного потока. Роль эффекта оребрения (вследствие увеличения фактической площади поверхности теплообмена) обычно относительно невелика.

ватости изучался также в плоском щелевом канале. Итоги этих исследований были обобщены в [Л. 17, 18]. Анализ показал, что для этого вида шероховатости параметром, имеющим решающее значение для интенсификации теплоотдачи, является отношение расстояния между выступами s к их высоте h : s/h. Остальные характеристики, такие, как форма выступа (прямоугольная или треугольная), отношение h/d, имеют второстепенное значение. При этом высота выступов h должна превышать толщину вязкого подслоя. В [Л. 17, 18] показано, что причина интенсификации теплообмена связана со срывом и разрушением вязкого подслоя выступами шероховатости и возникновением вихревых зон. Оказывается, что для параметра s/h существует оптимальное значение, при котором интенсификация теплоотдачи максимальна. В результате обобщения многочисленных опытных данных автор [Л. 17, 18] получил уравнение для теплоотдачи

Рис. 10-5. Интенсификация теплоотдачи для воды при применении искусственной шероховатости в виде кольцевых выступов на поверхности трубы.

нение поверхности нагрева с искусственно созданной шероховатостью является одним из возможных путей интенсификации теплоотдачи при турбулентном течении теплоносителя. Виды искусственной шероховатости могут быть различными. Некоторые профили таких поверхностей показаны на рис. 10-3. Шероховатость вида а и б создается путем нанесения резьбы на поверхность трубы. Профили виг получаются за счет организации кольцевых выступов на гладкой трубе. Обычно высота выступов h невелика по сравнению с диаметром трубы d. Интенсификация теплоотдачи происходит в основном за счет воздействия шероховатости на гидродинамику турбулентного потока. Роль эффекта оребрения (вследствие

Другой вид искусственной шероховатости (рис. 10-3, в, г) подробно исследован в [16, 17, 33, 92, 101, 113]. При этом кольцевые выступы с различным относительным шагом slh создавались как на наружной поверхности трубы при течении потока воды, воздуха и трансформаторного масла в кольцевом канале, так и на внутренней поверхности круглой трубы. Такой вид искусственной шероховатости изучался также в плоском щелевом канале. Итоги этих исследований были обобщены в [16,' 17]. Анализ показал, что для этого вида шероховатости параметром, имеющим решающее значение для интенсификации теплоотдачи, является отношение расстояния между выступами s к их высоте h : slh. Остальные характеристики, такие как форма выступа (прямоугольная или треугольная), отношение hid, имеют второстепенное значение. При этом высота выступов h должна превышать толщину вязкого подслоя. В [16, 17] показано, что причина интенсификации теплообмена связана со срывом и разрушением вязкого подслоя выступами шероховатости и возникновением вихревых зон. Оказывается, что для параметра slh существует оптимальное значение, при котором интенсификация теплоотдачи максимальна. В результате обобщения многочисленных опытных данных автор [16, 17] получил уравнение для теплоотдачи

92. Коршунов Е. В. Интенсификация теплоотдачи с поверхности водоохлаждае-мых тепловыделяющих элементов (обзор). Вып. 4 (40), М.: ВНИИНМ, 1979.

При постоянной частоте / и амплитуде вибраций Л0 с увеличением числа Рейнольдса интенсификация теплоотдачи уменьшается, поскольку уменьшается относительная амплитуда вибраций. Так, например, согласно данным работы [71 ] при / = 42 Гц и Re = 5-Ю3 К = 2,3, а при Re = 1,2-104 К = 1,3.

Для продольно обтекаемых теплообменных аппаратов с боковыми входом и выходом теплоносителя из межтрубного пространства определенный интерес может представлять закрутка витых труб относительно оси** пучка (рис. 1.2). В этом случае обеспечивается выравнивание неравномерностей полей скорости и температуры теплоносителя, сформированных входными условиями, а также неравномерным тепло-подводом по радиусу и азимуту пучка, благодаря азимутальному переносу теплоносителя закрученными относительно оси пучка витыми трубами. При этом для лучшего выравнивания неравномерностей полей скорости и температуры на входе и выходе из теплообменника образуются коллекторы для среды межтрубного пространства, имеющие пористость ббль-шую пористости пучка благодаря использованию прямых концов труб с диаметром, равным меньшему размеру овала. Результаты исследования теплообмена и гидравлического сопротивления в пучках закрученных витых труб были рассмотрены в [39]. Обнаруженная интенсификация теплоотдачи в