Каналы со спиральными выступами и пружинными вставками
Для труб со спирально накатанными выступами на внутренней поверхности выполнен определенный теоретический анализ процессов течения и теплообмена в трубе, проведены довольно обширные опытные исследования, осуществлены промышленные испытания. Доказана техническая целесообразность их применения в теплообменном оборудовании. Разработаны и производятся промышленные образцы такого оборудования. Например, ЛМЗ изготовил конденсатор со спирально накатанными трубами 200 КЦС-2 для паровой турбины мощностью 200 МВт.
В трубах с низкими спиральными выступами или с низкими внутренними спиральными ребрами интенсификация теплообмена обусловлена совместным проявлением двух факторов: турбулизациейи разрушением пристенного слоя течения выступами и закруткой пристенного потока под действием выступов (или ребер).
Интенсифицирующее воздействие частичной закрутки течения (только пристенной зоны) низким выступом (или ребром) реализуется через увеличение пристенной скорости потока. Этот способ, вероятно, следует отнести к комбинированным способам интенсификации теплообмена, так как на поток одновременно воздействуют турбулизация и закрутка.
Геометрические параметры трубы со спиральными выступами включают: внутренний диаметр по гладкой поверхности D, высоту выступа h, число заходов спирали n, расстояние (шаг) между соседними выступами вдоль трубы t, шаг спирали 5 = nt, угол между осью трубы и продольной осью выступа φ (при этом tgφ = piD/S), форму выступа. Определяющее влияние на гидросопротивление и теплообмен имеют относительные высота и шаг выступов h/D и t/h.
|
|
|
Форма поперечного сечения выступа изменяет гидросопротивление и очень мало влияет на теплообмен. Природа теплоносителя оказывает влияние на структуру потока в трубе. Визуализация течения и измерения профиля скоростей в потоках воды и воздуха показали, что поток воды закручивается существенно, а воздуха - слабо. Профили скоростей для воды и воздуха отличаются между собой. Очевидно, различия в динамике течения и неодинаковая теплопроводность вязкого подслоя приводят к зависимости теплообмена от вида теплоносителя. Влияние высоты спирального выступа на теплообмен и трение аналогично воздействию поперечного кольцевого выступа.
По мере приближения угла φ к величине pi/2 влияние спирального выступа на поток в трубе сводится к действию поперечных кольцевых выступов
(закрутка в потоке исчезает). Новые исследования интенсификации теплообмена в различных каналах посредством спиральных выступов убеждают, что при углах атаки φ<pi/2 выступ обладает лучшими характеристиками, чем при φ = pi/2. Оказалось, для плоского канала максимальный прирост коэффициента теплоотдачи на единицу увеличения коэффициента о сопротивления достигается при φ = 45 (t/h = 10): в кольцевом канале с проволочной навивкой максимум увеличения коэффициента теплоотдачи, приходящийся на единицу мощности прокачки, будет о при φ = 33 (t/h = 8); в круглой трубе наиболее высокая оэффективность получается при φ = 50-60 (t/h = 10-15); в квадратном о канале с выступами на двух стенках при φ = 45-30 тепловая эффективность на 10-20% выше, а мощность прокачки на 20-50% о ниже, чем при φ = 90 , что подтверждает необходимость применения спирально накатанных труб.
|
|
|
Промышленные испытания теплообменного оборудования с пучками спирально накатанных труб представили количественную оценку экономического выигрыша от их применения. В конденсаторах паровых турбин уменьшается заливка конденсатом нижних рядов труб, коэффициент теплопередачи возрастает на 20-25%; в сетевых подогревателях теплопередача увеличивается на 50-70%. Масса конденсаторов снижается на 25%. а вертикальных сетевых подогревателей – на 50% (данные А.Ю. Рябчикова, Ю.М. Бродова).
Прочностные и вибрационные качества накатанных труб почти не уступают гладким (Н.С. Алферов). Загрязняемость труб со спиральными выступами одинаковас гладкими по весу отложений на 1 м поверхности. Равноценно у них и влияние загрязняемости на снижение тепловой эффективности (В.М. Рудой).
|
|
|
Экспериментальное исследование теплообмена в трубах со спиральными выступами выполнено в ряде работ. Уравнение для расчета теплоотдачи в широком диапазоне чисел Рейнольдса (Re = 2·103-105) получено в работе Ю.Н. Боголюбова и др.:
(13)
Опыты проведены при h = 0,3-1,5 мм; t = 18-100 мм; n = 3; t/h = 10-15; h/d = 0,035-0,04; радиус закругления накатывающего ролика 4,5 мм.
Спиральные выступы в трубе можно образовать посредством установки в ней пружинных вставок из проволоки. При малых шагах проволочной спирали может нарушаться тепловой контакт выступа
(проволоки) с поверхностью трубы, поэтому эффект увеличения поверхности теплообмена за счет выступов может существенно падать по сравнению с его проявлением при спиральной накатке. Этот недостаток снижает тепловую эффективность пружинных вставок при малых шагах относительно накатанных спиральных выступов. При достаточно больших шагах влияние указанного фактора незначительно. В случае гидропотерь, одинаковых с гладкой трубой, трубы с пружинными вставками обеспечивают увеличение теплосъема до 40%. Экспериментальное исследование показало, что при прочих равных условиях с гладкими трубами использование пружинных вставок позволяет уменьшить поверхность теплообмена на 50-60%. Максимум коэффициента эффективности проволочного выступа достигается при φ = 50-60°, оптимальный угол φ мало зависит от числа Рr теплоносителя. Применение вставок увеличивает стоимость трубного пучка на 15% и более.
|
|
|
Пружинные вставки способны интенсифицировать процессы массообмена на поверхности жидких пленок, стекающих по стенке канала. В вертикальной трубе со стоком пленки воды по стенке пружинная вставка, установленная соосно около поверхности пленки (вне воды), увеличивает коэффициент массообмена на поверхности пленки на 38%.
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 417; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!