Методы повышения эффективности теплообменных аппаратов

Вид материала

Документы

Подобный материал:

• Цель преподавания дисциплины, 93.4kb.
• Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 07. 02 «проектирование,, 170.96kb.
• Устройство механической очистки труб теплообменных аппаратов, 19.73kb.
• Энергосбережения и повышения энергетической эффективности, 2189.29kb.
• Национальное общество косметических химиков, 18.11kb.
• Комплексное исследование параметров качества биметаллических листов, 20.46kb.
• Длительность программы: 16 часов (2 дня). Методы, 16.87kb.
• «Судебная власть и пути повышения эффективности правосудия», 68.01kb.
• Методы и программные средства повышения эффективности распознавания групп звезд в автономной, 335.05kb.
• Тематика выпускных квалификационных (дипломных) работ по специальности «маркетинг», 30.44kb.

Методы повышения эффективности теплообменных аппаратов


Одной из центральных задач в современном машиностроении и проектировании различных технологических процессов является экономия материальных и энергетических ресурсов. Ее решение в области холодильной и криогенной техники связано с созданием высокоэффективной теплообменной аппаратуры. Дело в том, что доля массы теплообменных аппаратов в общей массе холодильной машины составляет 70 – 80%, а расход энергии при эксплуатации машины в большой степени зависит от эффективности теплогидравлических процессов, происходящих в теплообменных аппаратах.

При решении этой задачи приходится учитывать, что с уменьше­нием металлоемкости аппарата путем изменения режимных пара­метров сред (скорости или температурного напора) возрастают энергетические затраты при эксплуатации установки, в состав кото­рой он входит. Например, повышение скорости хладоносителя в испарителе холодильной машины позволяет увеличить коэффи­циент теплоотдачи рассола и соответственно коэффициент тепло­передачи аппарата, а следовательно, уменьшить металлоемкость аппарата. Однако при этом возрастают потери напора и расход мощности на привод насоса. Увеличение температурного напора между хладоноситёлем и кипящим холодильным агентом приводит к возрастанию коэффициента теплоотдачи последнего, росту коэф­фициента теплопередачи, уменьшению металлоемкости аппарата. Вместе с тем понижается температура кипения и возрастает расход мощности на привод компрессора.

Повышение эффективности теплообменного аппарата предпола­гает:

1) уменьшение поверхности или увеличение производитель­ности аппарата при заданных условиях его работы;

2) уменьшение температурного напора между средами при заданных площади поверхности и производительности.

Рассмотрим общие предпосылки решения поставленных задач. Из уравнения теплопередачи Q = F  k  t_СР = Fq следует, что увеличе­ние производительности аппарата Q при неизменных площади по­верхности F и температурном напоре t_СР либо уменьшение F или t_СР при заданном Q могут быть достигнуты путем увеличения коэффициента теплопередачи. Кроме того, желаемое соотношение между Q и F можно получить путем увеличения t_СР. Этот путь связан с ростом энергетических затрат, а следова­тельно, и стоимости эксплуатации. Поэтому значение t_СР следует выбирать по минимуму приведенных затрат в конкретных усло­виях.

Можно принять, что k = 1 / (1 / ₁ + 1 / ₂), а коэффициенты теплоотдачи двух сред, разделяемых стенкой реку­перативного аппарата, существенно различаются по величине, то для увеличения коэффициента теплопередачи надо увеличивать меньший из .

Кратко рассмотрим методы интенсификации теплоот­дачи, увеличения , основанные на физических представлениях об этом процессе и анализе описывающих его закономерностей.

Очевидно, что может быть поставлена задача увеличения как наименьшего , так и коэффициентов теплоотдачи с обеих сто­рон стенки, ибо при ₁  ₂ возрастание k можно получить путем увеличения любого из коэффициентов теплоотдачи и тем более обо­их .

Теплоотдача в однофазных средах может быть ин­тенсифицирована путем уменьшения толщины ламинарного пограничного слоя, перевода его в турбулентный, уменьшения толщины турбулентного слоя и турбулизации его пристенной части. На практике такие эффекты достигаются увеличением скорости движения, конструктивными элементами, обеспечивающими разрушение или срыв пограничного слоя, установкой в каналы специальных турбулизаторов и т. п. Некоторое увеличение  можно получить путем уменьшения диаметра труб (при ламинарном течении в трубах  ~ d^-0.67, при турбулентном –  ~ d^-0.2).

Интенсификация теплоотдачи к кипящей жидкости наиболее важна в аппаратах, работающих при малых температурных напорах и очень низких температурах кипения. Именно такие усло­вия характерны для испарителей холодильных машин и установок криогенной техники. Увеличение коэффициента теплоотдачи при кипении может быть достигнуто путем увеличения числа действую­щих центров парообразования и создания условий, способствую­щих интенсивному испарению жидкости в растущие паровые пузырь­ки. Реализация этих принципов интенсификации в настоящее время достигается путем применения капиллярных пористых покрытий, мелкого оребрения поверхности теплообмена, организации кипения в тонкой пленке жидкости и др.

При кипении внутри труб наиболее интенсивна теплоотдача при кольцевой структуре двухфазного потока, поэтому создание условий, обеспечивающих такую структуру, приводит к интенсифи­кации теплообменного аппарата. На структуру потока можно вли­ять изменяя размеры канала, начальное паросодержание и массо­вую скорость потока. Возможно также применение турбулизаторов.

Методы интенсификации теплоотдачи со стороны конденсирующегося пара основаны на уменьшении толщины пленки конденсата, турбулизации либо на разрушении ее возле поверхности теплообмена. Воздействие на пленку может быть осуществлено, например, с помощью движущегося потока пара и сил поверхностного натяжения. В первом случае путем увеличения скорости пара, из­менения формы и размеров каналов аппарата достигают турбулиза­ции режима стекания пленки или срыва ее. Во втором случае – под действием капиллярных сил пленка стягивается к определенной части поверхности и в результате этого уменьшается ее средняя тол­щина на большей части поверхности аппарата (например, трубы с мелким волнистым оребрением). Существуют конструктивные решения, уменьшающие длину непрерывного стекания пленки (т. е. путь конденсата до его схода с поверхности теплообмена): конденсатоотводящие колпачки, прерывистые насадки, перегородки и т. п.

Снижение металлоемкости и увеличение компактности (отноше­ние площади теплообменной поверхности к объему аппаратов) может быть достигнуто и путем разработки оптимальных конструктивных решений.