Интенсификация теплообмена – Репозиторий Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королёва: Недопустимый идентификатор

docplayer.ru

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭНЕРГОАУДИТА

Для интенсификации или увеличения количества теплоты Q, переда­ваемой от горячей жидкости к холодной через стенки, необходимо увели­чивать коэффициент теплопередачи k, так как поверхность F и разность температур АТ зависят только от конструкции системы и физических условий. Термическое сопротивление теплопроводности стенки R = S/Л стремится к нулю, так как у труб теплообменников толщина S мала, а коэффициент теплопроводности Я материалов (металлов) велик.

Следовательно, коэффициент теплопередачи k будет зависеть в ос­новном от коэффициентов теплоотдачи a1 и a2, а именно:

K = (a1 a2)/(a1 + a2).

Аналитическое исследование предельного значения коэффициента теплопередачи показывает следующие закономерности:

• коэффициент теплопередачи k всегда меньше любого из коэффици­ентов теплоотдачи: k <a1 и k < a2;

• коэффициент теплопередачи k всегда меньше меньшего коэффици­ента теплоотдачи;

• быстрый рост коэффициента теплопередачи k наблюдается при увеличении меньшего из коэффициентов теплоотдачи;

• при увеличении большего из коэффициентов теплоотдачи рост ко­эффициента теплопередачи k вначале замедляется, а затем и вовсе пре­кращается.

На основании этих выводов формулируются правила интенсификации теплопередачи.

1. Если один коэффициент теплоотдачи намного больше или меньше другого: a1 << a2 или a1 >> a2, то интенсифицировать теплопередачу не­обходимо путем увеличения меньшего из коэффициентов теплоотдачи.

2. Если коэффициенты теплоотдачи примерно равны: a1 & a2, то интенсифицировать теплопередачу необходимо путем увеличения обоих коэффициентов теплоотдачи.

3. Интенсификацию теплопередачи путем увеличения большего из коэффициентов теплоотдачи нельзя классифицировать как грамотное инженерное решение – оно всегда экономически невыгодно.

4. Если по физической природе или конструктивным особенностям нельзя увеличить меньший из коэффициентов теплоотдачи, то на поверх­ности теплопередающей системы со стороны этого меньшего коэффициен­та теплоотдачи устанавливают ребра (оребряют) и тем самым компенсиру­ют увеличение теплоотдачи более развитой поверхностью нагрева. На по­верхность плоской или цилиндрической системы можно плотно насадить (наклепать или приварить) прямоугольные или круглые пластины – ребра, а также цилиндрические или конические шипы. Коэффициент оребрения системы ф – отношение площади поверхности системы с ребрами к глад­кой поверхности.

Так, если коэффициент теплоотдачи жидкости a1 = 1000 Вт/(м2-К), ок­ружающей среды a2 = 10 Вт/(м2-К), то оребрение с коэффициентом ф = 25 со стороны меньшего a2 увеличивает к примерно в 20 раз.

5. Увеличение коэффициентов теплоотдачи однофазных жидкостей (масло, вода) может осуществляться также за счет снижения толщины пограничного ламинарного слоя и перехода движения жидкости к турбу­лентному режиму, что может достигаться путем увеличения скорости движения жидкости или принятия конструктивных решений (например, применить волнистые поверхности, шипы). Однако это приводит к допол­нительным гидравлическим сопротивлениям.

Для снижения коэффициента теплопередачи через конструкции необ­ходимо увеличить термическое сопротивление системы, что достигается путем нанесения на стенку слоя тепловой изоляции.

Как грамотно использовать аутсорсинг? Более 2/3 компаний в мире прибегают к аутсорсингу в той или иной форме согласно последним исследованиям. Термин «аутсорсинг» происходит от английских out – «вне» и source …

1. Теплообменным аппаратом называется устройство, в котором передача теплоты осуществляется от одного – горячего теплоносителя к другому – холодному. По принципу действия теплообменные аппараты бывают: рекуперативные, регенеративные и смесительные. Рекуперативным …

1. Использование теплоты пара вторичного вскипания конденсата. Энергосбережение тепловой энергии обеспечивается за счет использо­вания теплоты от паров вторичного вскипания конденсата или от проду­вочной воды из паровых котельных агрегатов. При конденсации …

msd.com.ua

Интенсификация – конвективный теплообмен – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Интенсификация – конвективный теплообмен

Cтраница 1

Интенсификация конвективного теплообмена путем увеличения скорости потока теплоносителя связана с затратой энергии да преодоление сопротивления при его движении вдоль поверхности обтекаемого тела. Знание этого сопротивления позволяет выбрать экономически выгодную скорость теплоносителя, при которой эффективность теплообмена и затрата энергии на преодоление сопротивления создают наиболее экономически благоприятные эксплуатационные условия работы теплообменника.  [1]

Интенсификация конвективного теплообмена в условиях внутренней ( продольное течение) и внешней ( поперечное обтекание) задачи является основным направлением улучшения габаритно-массовых характеристик рекуперативных теплообменных аппаратов. К настоящему времени предложены и разработаны разнообразные способы интенсификации теплоотдачи [1, 2, 3, 4, 5] и выполнены исследования многочисленных конструктивных типов и форм конвективных поверхностей, реализующих тот или иной способ интенсификации в потоке газов и жидкостей.  [2]

Для интенсификации конвективного теплообмена желательно, чтобы тепловой пограничный слой был возможно тоньше. С развитием турбулентности потока пограничный слой становится настолько тонким, что конвекция начинает оказывать доминирующее влияние на теплообмен.  [3]

Для интенсификации конвективного теплообмена желательно, чтобы тепловой пограничный слой был возможно тоньше. С развитием турбулентности потока пограничный суши становится настолько тонким, что конвекция начинает оказывать доминирующее влияние на теплообмен.  [4]

Для интенсификации конвективного теплообмена желательно, чтобы тепловой пограничный слой был возможно тоньше. С развитием турбулентности потока пограничный слой становится настолько тонким, что теплообмен осуществляется исключительно конвекцией.  [5]

Для интенсификации конвективного теплообмена желательно чтобы тепловой пограничный слой был возможно тоньше. С развитием турбулентности потока пограничный слой становится настолько тонким, что конвекция начинает оказывать доминирующее влияние на теплообмен.  [6]

Подобный механизм интенсификации конвективного теплообмена, как показали опыты с использованием оптической неоднородности среды, имеет место и при свободной конвекции. На шероховатых трубах больше угол1 отрыва ф вихрей с верхней части трубы, шире угол Р, в котором они поднимаются вверх, больше толщина Ь столба нагретого воздуха над трубой. Для воды ( tfK я & 20 С) максимальная интенсификация теплообмена шероховатостью также имеет место и происходит при ( Gr-Pr) md s 5 10е, что соответствует диаметру, равному 10 мм.  [7]

В целях интенсификации конвективного теплообмена желательны большие скорости газового1 потока. Однако увеличение скорости сопровождается ростом газового сопротивления и повышением расхода энергия на его преодоление.  [9]

В настоящее время интенсификация конвективного теплообмена считается наиболее перспективной и сложной проблемой теории переноса. Традиционно также считается, что эта задача наиболее актуальна для теплоносителей, которым присущи высокие значения чисел Рейнольдса.  [10]

Как известно, интенсификация конвективного теплообмена проводится в направлениях достижения минимальной толщины и максимальной степени турбулентности пограничного слоя. С этой целью применяют прерывистые или перфорированные ребра, профильные ребра, ребра с турбулизаторами. При относительно малых значениях параметра h / 2 / ол указанные мероприятия необходимо производить по всей высоте ребра. По-видимому, некоторая выгода в теплосъеме при равных потерях на гидрав.  [12]

В этой области интенсификации конвективного теплообмена основополагающими являются работы видных ученых Г.А. Дрейцера, Э.К.Калинина [184], В.К. Мигая [186, 187], материалы которых используются в данном параграфе.  [13]

Конечной целью применения метода интенсификации конвективного теплообмена является построение аппарата с наименьшей площадью поверхности теплопередачи или с минимальным температурным напором при наинизших затратах мощности на прокачку жидкости. Так как использование любого из известных методов интенсификации теплообмена сопровождается помимо роста теплоотдачи и повышением гидравлического сопротивления, увеличивающего затраты мощности на прокачку жидкости, то одним из основных показателей аппарата является эффективность его конвективных поверхностей.  [14]

В некоторых случаях применяют методы интенсификации конвективного теплообмена при кипении на вращающейся поверхности нагрева.  [15]

Страницы:      1    2    3

www.ngpedia.ru

7. Интенсификация теплообмена в трубчатых теплообменниках

Следствием интенсификации процессов теплообмена является увеличение коэффициента теплопередачи, который при чистых поверхностях теплообмена определяется коэффициентами теплоотдачи со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей. Во многих случаях физико-химические свойства применяемых теплоносителей существенно различаются, не одинаковы их давление и температура, коэффициенты теплоотдачи. Так, значение коэффициента теплоотдачи со стороны воды α = 2000…7000 Вт/(м²·К), со стороны газового теплоносителя α ≤ 200 Вт/(м²·К), для вязких жидкостей α = 100…600 Вт/(м²·К). Очевидно, что интенсификация теплоотдачи должна осуществляться со стороны теплоносителя, имеющего малое значение коэффициента теплоотдачи. При одинаковом порядке значений коэффициентов теплоотдачи теплоносителей интенсификация теплоотдачи может осуществляться с обеих сторон теплообмена, но с учетом эксплуатационных и технических возможностей.

Обычно интенсификация теплоотдачи связана с ростом затрат энергии на преодоление увеличивающихся гидравлических сопротивлений. Поэтому одним из главных показателей, характеризующих целесообразность интенсификации теплоотдачи в теплообменниках, является ее энергетическая эффективность. Повышение интенсивности теплоотдачи должно быть соизмеримо с увеличением гидравлических сопротивлений.

Применяют следующие основные способы интенсификации теплообмена:

• конструирование шероховатых поверхностей и поверхностей сложной формы, способствующих турбулизации потока в пристенном слое;

• использование турбулизирующих вставок в каналах;

• увеличение площади поверхности теплообмена путем оребрения;

• воздействие на поток теплоносителя электрическим, магнитным и ультразвуковым полями;

• турбулизацию пристенного слоя путем организации пульсаций скорости набегающего потока и его закрутки;

• механическое воздействие на поверхность теплообмена путем ее вращения и вибрации;

• применение зернистой насадки как в неподвижном, так и в псевдоподвижном состоянии;

• добавление в теплоноситель твердых частиц или газовых пузырьков.

Возможность и целесообразность применения того или иного способа интенсификации для конкретных условий определяются техническими возможностями и эффективностью этого способа.

Одним из наиболее широко используемых способов интенсификации теплообмена (повышения теплового потока) является оребрение наружной поверхности труб при условии направления в межтрубное пространство теплоносителя с низким значением коэффициента теплоотдачи.

Схемы некоторых устройств, используемых для интенсификации теплоотдачи в трубах, приведены в табл. 1.5.

Применяют лопаточные завихрители, прерывистые шнековые завихрители с различной формой центрального тела и др. Следует отметить, что одновременно с увеличением коэффициента теплоотдачи на 30…40 % имеет место повышение гидравлического сопротивления в 1,5-2,5 раза.

Таблица 1.5. Схемы устройств, применяемых для интенсификации теплоотдачи

Интенсифи-катор	Схема	Интенсифи-катор	Схема
Закрученная лента		Труба с винтообраз-ными плавно очерчен-ными выступами
Шнековый завихритель		Витая труба
Кольцевой канал типа диффузор-конфузор		Чередующиеся плавно очерченные кольцевые выступы на внутренней поверхности гладкой трубы

Объясняется это тем, что диссипация энергии при распадении масштабных вихревых структур (они возникают при закрутке потока) существенно превышает выработку турбулентности – на подпитку ослабевающих вихрей нужен непрерывный подвод энергии извне.

Установлено, что при турбулентном и переходном режимах течения целесообразно интенсифицировать турбулентные пульсации не в ядре потока, а в пристенном слое, где турбулентная теплопроводность мала, а плотность теплового потока максимальна, потому что на этот слой приходится 60…70% располагаемого температурного напора «стенка-жидкость». Чем больше число Прандтля Рr, тем на более тонкий слой целесообразно воздействовать.

Перечисленные рекомендации могут быть реализованы путем создания каким-либо способом, например, накаткой чередующихся плавно очерченных кольцевых выступов на внутренней поверхности гладкой трубы. Для капельных жидкостей с Р_r = 2…80 наилучшие результаты были получены при t_вс/d_вн = 0,25…0,5 и d_вс/d_вн = 0,94…0,98. Так, при R_е = 10⁵ теплоотдача возрастает в 2,0-2,6 раза при росте гидравлического сопротивления в 2,7-5,0 раз по сравнению с теплоотдачей гладкой трубы. Для воздуха хорошие результаты получены при t_вс/d_вн = 0,5…1,0 и d_вс/d_вн = 0,9…0,92: в переходной области течения (R_е = 2000…5000) отмечен рост теплоотдачи в 2,8…3,5 раза при увеличении сопротивления в 2,8-4,5 раза (сравнивается с гладкой трубой).

Методы механического воздействия на поверхность теплообмена и воздействия на поток электрического, ультразвукового и магнитного полей изучены еще недостаточно.

studfiles.net

39.40. Оптимизация процессов теплопередачи. Способы интенсификации теплопередачи.

Из выражения () следует, что чем большеq, тем больше тепловой поток, т. е. задача интенсификации теплообмена, сводится к увеличению удельного теплосъема. Увеличить q можно путем повышения ∆t и k. Увеличение ∆t может быть связано с изменением технологии процесса, что не всегда возможно; кроме того, увеличение ∆t всегда влечет возрастание энергетических затрат и повышение q в этих условиях в каждом конкретном случае решается на основе технико-экономических расчетов. Увеличить k можно за счет повышения коэффициентов теплоотдачи. При этом, как уже говорилось, при большом различии α₁ и α₂ коэффициент теплопередачи всегда меньше минимального α. Таким образом, увеличить k и интенсифицировать теплообмен можно двумя путями: при α₁ << α₂ или α₂ << α₁ — повышением меньшего коэффициента теплоотдачи; при α₁ ≈ α₂ — повышением обоих коэффициентов или любого из них.

Помимо увеличения коэффициентов теплоотдачи интенсифицировать процесс теплопередачи можно за счет оребрения поверхности теплоотдачи. Оребряется та поверхность, со стороны которой α меньше; теоретическим пределом оребрения является равенство термических сопротивлений теплоотдачи 1/( α₁F₁) = 1/(α₂F₂) в итоге увеличивается произведение kF и повышается Q.

41,43. Теплопередача при переменных температурах. Средняя разность температур.

В теплообменных аппаратах и теплоиспользующих устройствах температура греющего и нагреваемого теплоносителей изменяются вдоль поверхности теплообмена: температура греющего теплоносителя понижается, а температура нагреваемого повышается. Исключение составляют теплообменные аппараты, в которых с одной стороны поверхности испаряется жидкость или конденсируется пар(например испарители или конденсаторы).

В условиях изменяющихся температур теплоносителей уравнение теплопередачи для элементарной площади можно записать в следующем виде:

Тепловой поток передаваемый через всю поверхность теплообмена при постоянном коэффициенте теплопередачи k равен

Для учета изменения температур теплоносителей по поверхности теплообмена в расчетное уравнение теплопередачи вводится средняя разность температур (средний температурный напор), который определяется уравнением

, где – средняя разность температур.

Вид расчетного соотношения для средней разности температур существенно зависит от взаимного направления греющего и нагреваемого теплоносителей. Различают следующие направления движения теплоносителей в рекуперативных теплообменниках: прямоток, противоток, перекрестный ток, смешанный ток.

График изменения температуры теплоносителей при прямотоке (а) и противотоке (б)

Пренебрегая падением давления теплоносителей при движении, т.е. считая процесс протекающим изобарным, из первого начала термодинамики имеем

где Q – мощность теплообменного аппарата, Вт; и – расход горячего и холодного теплоносителей соответственно, кг\с; и – изменение удельной энтальпии греющего и нагреваемого теплоносителей соответственно, Дж\кг.

Для конвективных теплообменных аппаратов (в процессе теплообмена отсутствуют фазовые переходы) в силу того, что

имеем

В силу того, что для теоретического процесса теплопередачи в ТА, тепловой поток определенный из уравнение теплового баланса равен тепловому потоку определенному по уравнению теплопередачи имеем

Расчетные соотношения для определения средней разности температур простейших схем взаимного движения теплоносителя: прямотока и противотока получаются из выражения записанного для элементарного участка теплообмена

Расчетное уравнение средней разности температур справедливое для схем прямотока и противотока, называется среднелогарифмической разностью температур или уравнением Грасгофа.

для схемы прямоток

для схемы противоток

Согласно графоаналитическому методу, предварительно по формуле Грасгофа подсчитывается среднелогарифмическая разность температур для противоточного теплообменного аппарата

Затем с учетом схемы движения теплоносителей (число ходов по трубному и межтрубному пространству) из графиков определяется коэффициент eDt =f(PS и R)

Н.И. Белоконь предложил обобщенное уравнение для определения средней разности температур справедливое для любых схем движения теплоносителей

;

– характеристическая разность температур,

Wm – приведенный водяной эквивалент теплоносителей,

Индекс противоточности р определяется как отношение водяного эквивалента поверхности теплообмена, где осуществляется противоточная схема движения теплоносителей (kF)прот, и водяного эквивалента поверхности теплообмена всего ТА (kF)

Для прямоточной схемы индекс противоточности равен p = 0, а при противотоке p = 1 и в этом случае уравнение уравнение Белоконя совпадает с уравнением Грасгофа.

studfiles.net