Интенсификации теплопередачи

10.5. Для интенсификации теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной трубе нужно уменьшить толщину стекающей пленки конденсата, например, за счет установки кольцевых козырьков, с которых конденсат будет стекать не касаясь трубы. Интенсифицируют теплоотдачу и продольные канавки, по которым, как по артериям, ускоренно стекает конденсат.

Сами пузыри забирают от обогреваемой поверхности немного теплоты, но они интенсивно перемешивают жидкость во всем объеме и главное — в пограничном слое, приводя к резкой интенсификации теплоотдачи к кипящей жидкости па сравнению с обычной естественной конвекцией (рис. 10.5). Число центров парообразования на греющей поверхности увеличивается по мере роста плотности теплового потока q> поскольку при этом увеличивается перегрев жидкости у стенки, соответственно уменьшается критический радиус пузыря и все более мелкие шероховатости могут порож-

Толщина пограничного слоя обратно пропорциональна критерию Рей-нольдса Re = wd/v. Для данного канала и текущей среды чем больше скорость '(вдали от стенки) газа, тем меньше толщина пограничного слоя. Поэтому для интенсификации теплоотдачи принимают повышенные скорости и стараются турбулизировать поток., применяя те или дру^ гие технические приемы. Поверхностям нагрева придают форму, обеспечивающую завихрение потока теплоносителя или вызывающую его прерывистость. Это касается в первую очередь газообразных теплоносителей, у которых коэффициенты теплоотдачи невелики.

71. Щукин В. К. и др. О причинах интенсификации теплоотдачи при закрутке газового потока в трубе. — Труды КАИ, 1975, вып. 194, с. 22-26.

Еще большее увеличение теплоотдачи получается при подаче пара в виде тонких струек, движущихся с большой скоростью. При ударе таких струек о стенку происходит разрушение пленки и разбрызгивание конденсата. По опытным данным [Л. 80], термическое сопротивление теплоотдачи при этом уменьшается в 3—10 раз. Последнее, конечно, в значительной мере зависит от диаметра струек, их количества, направления и скорости истечения. Имеются и другие средства интенсификации теплоотдачи. Однако эта задача в большинстве случаев не очень актуальна, так как при конденсации пара теплоотдача и так достаточно высока. Поэтому при проектировании конденсаторов большое внимание следует уделять профилактическим мерам против снижения теплоотдачи вследствие, например, наличия воздуха, неправильного отвода конденсата и подачи пара в аппарат, отложения на поверхности солей, масла и других загрязнений. Именно эти вбстоятельства могут оказаться причиной неудовлетворительной работы конденсаторов.

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 подучаются за счет организации

поверхность круглой трубы диаметром d=16,7 мм и //d=100. Опыты проводились с водой. На рис. 10-4 приведены опытные данные, относящиеся к резьбе треугольного профиля (рис. 10-3,а). Коэффициент теплоотдачи отнесен к поверхности гладкой трубы (без учета эффекта оребрения). Приведенные данные показывают, что такой вид искусственной шероховатости позволяет значительно увеличить теплоотдачу. В этом исследовании было показано также что скругленная шероховатость (рис. 10-3,6) значительно менее эффективна; в ряде случаев она вообще не дает увеличения теплоотдачи в сравнении с гладкой поверхностью. Это указывает на то, что острая кромка выступов имеет существенное значение для интенсификации теплоотдачи.

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

Для вертикальных труб коэффициент теплоотдачи книзу уменьшается вследствие утолщения пленки. В этом случае среднее значение теплоотдачи можно увеличить путем установки по высоте трубы конденсатоотводных колпачков (рис. 4-34). Установка -таких колпачков через каждые 10 см на трубе высотой h = 3 м увеличивает среднее значение коэффициента теплоотдачи в 2—3 раза. Еще большее увеличение теплоотдачи получается при подаче пара в виде тонких струек, движущихся с большой скоростью. При ударе таких струек о стенку происходит разрушение пленки и разбрызгивание конденсата. По опытным данным [78] термическое сопротивление теплоотдачи при этом уменьшается в 3—10 раз. Последнее, конечно, в значительной мере зависит от диаметра струек, их количества, направления и скорости истечения. Имеются и другие средства интенсификации теплоотдачи. Однако эта задача в большинстве случаев не очень актуальна, так как при конденсации пара теплоотдача и так достаточно высока. Поэтому при проектировании конденсаторов большое внимание следует уделять профилактическим мерам против снижения теплоотдачи вследствие, например, наличия воздуха, неправильного отвода конденсата и подачи пара в аппарат, отложения на поверхности . солей, масла и других загрязнений. Именно эти обстоятельства могут оказаться причиной неудовлетворительной работы конденсаторов.

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

В исследовании, проведенном в МЭИ [293, подробно изучены различные виды шероховатости типа «резьбы», которая наносилась на внутреннюю поверхность круглой трубы диаметром d = 16,7 мм и lid = 100. Опыты проводились с водой. На рис. 10-4 приведены опытные данные, относящиеся к резьбе -треугольного профиля (рис. 10-3, а). Коэффициент теплоотдачи отнесен к поверхности гладкой трубы (без учета эффекта оребрения). Приведенные данные показывают, что такой вид искусственной шероховатости позволяет значительно увеличить теплоотдачу. В этом исследовании было показано также, что скругленная шероховатость (рис. 10-3, б) значительно менее эффективна; в ряде случаев она вообще не дает увеличения теплоотдачи в сравнении с гладкой поверхностью. Это указывает на то, что острая кромка*выступов имеет существенное значение для интенсификации теплоотдачи.

В таких случаях для интенсификации теплопередачи очень часто оребряют ту поверхность стенки (рис. 12.2), теплоотдача от которой менее интенсивна. За счет увеличения площади Р% сребренной поверхности стенки термическое сопротивление теплоотдачи с этой стороны стенки /?а2= l/otj^ уменьшается и соответственно уменьшается значение /?*. Аналогичного результата можно было бы достигнуть, увеличив «2, но для этого обычно требуются дополнительные

Для интенсификации теплопередачи экономайзерные поверхности целесообразно выполнять из сребренных труб.

По такой схеме работает кондиционер в зимний период. В летний период необходимо охлаждать воздух, забираемый извне, для чего в кондиционере может устанавливаться специальный воздухоохладитель (поверхностный или контактный). В поверхностном охладителе воздух отдает теплоту поверхности труб, по которым пропускают холодную воду или хладагент. Если эти поверхности имеют температуру ниже точки росы воздуха, то на них выпадает конденсат, и, таким образом, воздух не только охлаждается, но и осушается. Поверхности воздухоохладителя в некоторых случаях специально увлажняются водой для интенсификации теплопередачи или в случае необходимости увлажнения воздуха.

Естественно, что существенное влияние на величину /?й будет оказывать уменьшение наибольшего из слагаемых. В широко используемом в технике процессе передачи теплоты от •капельных жидкостей к газам через металлическую стенку наибольшее термическое сопротивление имеет место в процессе теплоотдачи от газа к стенке Raz, а сопротивления Ra\ и #х пренебрежимо малы по сравнению с ним (см. пример 12.2). В таких случаях для интенсификации теплопередачи очень часто оребряют ту поверхность стенки (рис. 12.2), теплоотдача от которой менее интенсивна. За счет увеличения площади Р2 сребренной поверх-

Для интенсификации теплопередачи экономайзерные поверхности целесообразно выполнять из сребренных труб.

2-6. ПУТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

д?чйи So' уменьшить путем увеличения м™^**^*™ ста Такой же результат можно получить и для плоской стенки если OMV из поверхностей увеличить путем оребрения. Последнее обстоя-тельство иположено в основу интенсификации теплопередачи за счет оребрения При этом термические сопротивления станут пропорциональ-ными величинам

2-6. Пути интенсификации теплопередачи .... ...... 46

Оребрение поверхностей нагрева применяется как для выравнивания термических сопротивлений, так и для интенсификации процессов теплопередачи в целом. Имеются теплообменные устройства, как, например, отопительные радиаторы, которые нагреваются водой [cti== (2-=-5) • 103], а охлаждаются воздухом [ 02=10-:-50 Вт/(м2-С)]. В таких случаях для интенсификации теплопередачи со стороны меньшего значения коэффициента теплоотдачи, т. е. с воздушной стороны, путем оребрения увеличивается поверхность нагрева. Иногда оребрение производится с обеих сторон, так делают в тех случаях, когда требуется уменьшить размеры теплообменника, а значения «i и az малы.

и создаются благоприятные условия для интенсификации теплопередачи.

Выявив частные термические сопротивления, легко найти и решение задачи об интенсификации теплопередачи. Если частные сопротивления различны, то, чтобы увеличить теплопередачу, достаточно уменьшить наибольшее из них. Если же все частные сопротивления одного порядка, то увеличение коэффициента теплопередачи возможно за счет уменьшения любого из сопротивлений, Изменение каждого из них вызывает тем большее изменение теплопередачи, чем больше было первоначальное отношение этого сопротивления к остальным. При решении поставленной задачи большое значение имеет правильная компоновка поверхности нагрева. Последняя должна быть такой, чтобы действительные условия теплопередачи соответствовали, заданию и чтобы во время эксплуатации они не ухудшались.