Интенсификация теплообмена: Методы достижения интенсификации теплообмена в теплообменном оборудовании

Posted By: 18891 Views 0 Comment

Содержание

• 1 Пассивные и активные методы
• 2 Способы интенсификации в каналах
• 3 Примеры интенсификации в ТА
  • 3. 1 Кожухотрубные аппараты (трубное пространство)
  • 3.2 Кожухотрубные аппараты (межтрубное пространство)
• 4 Примеры интенсификации в АВО

Пассивные и активные методы

В настоящий момент существует большое количество методов интенсификации теплообмена, которые различаются степенью интенсификации и увеличением гидравлического сопротивления в аппарате.

Все методы интенсификации теплообмена можно разделить на:

1. Пассивные – не требуют подвод дополнительной энергии
2. Активные – требуют подвод дополнительной энергии

Наиболее широко распространены пассивные методы, которые не требуют подвода дополнительной энергии для их работы в отличие от активных – вибрации, вращения теплообменной поверхности, акустических, электростатических полей и др.

Способы интенсификации в каналах

Говоря об интенсификации в каналах теплообменных аппаратов, имеют ввиду интенсификацию конвективного теплообмена.

1. Изменение термического сопротивления.
2. Изменение скорости потока.
3. Использование развитых поверхностей теплообмена путем оребрения и ошиповки. Оребрение поверхности применяется со стороны теплоносителя, обладающего меньшим коэффициентом теплоотдачи. Оребрение поверхности теплообмена целесообразно не только по высоким значениям коэффициента теплопередачи, но и по весовым показателям, так как поверхность оребрения, в 5-10 раз превосходящая несущую поверхность трубок, не подвержена давлению, а поэтому оребрение изготавливается из более тонкого материала, чем трубки, тем самым обеспечивается значительный весовой эффект.
4. Воздействием на поток с целью его искусственной турбулизации. При значениях критерия Рейнольдса, соответствующих ламинарному и переходному режимам за счет искусственной турбулизации достигаются значения коэффициента теплоотдачи, характерные для развитого турбулентного потока.

Однако эффективность искусственной турбулизации потока с увеличением значения критерия Рейнольдса снижается, при этом темп роста сопротивления превалирует над темпом роста теплоотдачи.

Примеры интенсификации в ТА

Кожухотрубные аппараты (трубное пространство)

Интенсификация трубного пространства кожухотрубных аппаратов выполняется либо в виде металлических вставок, либо в виде изменения стенки трубы с гладкой на профилированную путем ее деформации.

Такие меры интенсификации приводят к созданию псевдотурболизации потока, изменению его тангенсальной скорости, созданию различных вихрей.

Витая лента

Профилированные трубы

Витые трубы

Кожухотрубные аппараты (межтрубное пространство)

Интенсификация межтрубного пространства осуществляется посредством установки различных перегородок, которые создают перпендикулярное направление при обтекании пучка труб потоком.

Примеры интенсификации в АВО

Интенсификация трубного пространства АВО аналогична КТА (см. выше).
Рассмотрим лишь различные виды оребрения с дополнительной интенсификацией в виде надрезов и перфорации ребер.

Интенсификация теплообмена | ЦИК энергоГУНЭ

НАУЧНЫЙ ДИРЕКТОР

В Системы накопления тепловой энергии (ТЭС) , мощность и мощность находятся в явном противопоставлении. Достижение плотности энергии, значительно превышающей плотность энергии современных систем хранения явного тепла, использующих скрытую теплоту или технологии термохимического хранения, влечет за собой серьезные ограничения с точки зрения мощности. Аналогичная проблема возникает в аккумуляторных батареях, микроэлектронных устройствах и электрооборудовании, где увеличение емкости и мощности должно сопровождаться разработкой все более эффективных систем охлаждения. Эта группа посвящена экспериментальному и численному исследованию инновационных решений по интенсификации теплопередачи для решения новых задач сверхкомпактных ТЭС и управления тепловым режимом аккумуляторов, электронных и электрических систем.

• Микрофлюидика для хранения энергии. В микрожидкостном мире по мере того, как размеры жидкости уменьшаются до микромасштаба, ее удельная площадь поверхности увеличивается, что приводит к поведению, отличному от поведения макроскопических жидкостей, которое можно охарактеризовать тремя основными явлениями: высокоэффективным массо-теплообменом, относительным преобладанием вязких сил над инерционными и значительными поверхностными эффектами. Эти функции изучаются и используются в группе в интересах приложений управления температурным режимом. Это включает в себя понимание поведения микрожидкостных однофазных, многофазных и капельных потоков, подверженных различным движущим силам, а также оптимизацию геометрии микроканалов и сетей путей потока.

• Интенсификация кипения. Кипение является одним из наиболее эффективных механизмов теплопередачи. В промышленных ТЭС паровые аккумуляторы используют кипение для достижения быстрого срабатывания и высокой скорости разряда. В батареях и микроэлектронном управлении температурой кипячение в бассейне и кипячение в потоке также оказались одними из самых эффективных решений для охлаждения. В этой группе исследуются три основных направления интенсификации кипения, а именно кипение в пористой среде, текстурирование поверхностей и жидкости, легированные наночастицами, где все три, пористая структура, поверхности и нанодобавки могут действовать как материалы с фазовым переходом (PCM) .

• Реакторы малогабаритные большой мощности. Термохимическое хранение обещает недостижимую плотность энергии. Однако этому потенциалу препятствуют проблемы диффузии химических веществ и теплопередачи, которые ограничивают мощность зарядки/разрядки. В меньшей степени ограничения теплопередачи проявляются и в системах накопления скрытого тепла из-за плохой теплопроводности большинства ПКМ. Группа занимается разработкой практических решений для интенсификации тепло- и массопереноса в термохимических реакторах и системах с уплотненным слоем на основе ПКМ за счет оптимизации конструкции как гидродинамических аспектов, так и геометрии обменных поверхностей.

Усовершенствованные теплообменники и интенсификация процессов

Усовершенствованные теплообменники и интенсификация процессов

Логин пользователя

Консорциум и лаборатория усовершенствованных теплообменников и интенсификации процессов (AHXPI) Университета Мэриленда, Колледж-Парк, занимается передовыми исследованиями в области усовершенствованных систем управления теплом, массой и температурой. Исследования в AHXPI имеют особое значение для приложений в области усовершенствованного преобразования энергии, усовершенствованных тепло/массообменников, интенсификации процессов, охлаждения электроники, методов электрогидродинамики (ЭГД), а также инновационного проектирования и производства компонентов для систем преобразования энергии.

Наши исследовательские проекты также включают инновационные и передовые технологии производства для приложений преобразования энергии и управления температурным режимом. Сюда входят новые области, такие как аддитивное производство (3D-печать) и использование микро- и наносистем для интенсификации и оптимизации процессов. С целью создания более устойчивых технологий, отвечающих промышленным требованиям, AHXPI обеспечивает множество преимуществ в различных областях, таких как возможность точечного охлаждения областей с высоким тепловым потоком, повышение производительности на макроуровне за счет оптимизации теплопередачи на микроуровне, и включить миниатюризацию и интеграцию на уровне системы.

С момента своего основания в 1993 году лаборатория AHXPI принимала участие в ряде фундаментальных и прикладных исследований в области активных и пассивных методов увеличения теплопередачи, массопереноса и преобразования энергии. На протяжении многих лет AHXPI успешно развивал технические ноу-хау и базу знаний, критически важных для включения новых технологий в практические приложения, готовые к коммерческому использованию.

1. Поверхности тепло/массообмена и системы подачи жидкости

• Улучшенная теплопередача для однофазной теплопередачи и теплопередачи с фазовым переходом
• Системы подачи/распределения жидкости для однофазных систем и систем с фазовым переходом

2. Контроль и интенсификация процесса

•  Активный контроль замерзания
• Управление технологическим процессом с помощью ЭГД (например, газожидкостные сепараторы)
• Встроенное охлаждение
•  Встроенные датчики — применение в тепловых/жидкостных системах

3. Передовые материалы и технологии производства

• Полимерные теплообменники
• Высокотемпературный. металл и металлический сплав/композит HXs
• Аддитивные, субтрактивные и другие передовые технологии производства

• Инновационная конструкция и оптимизация однофазного и фазового теплообмена/теплообменника.