Интенсификация теплообмена в трубчатых теплообменниках

Следствием интенсификации процессов теплообмена является увели- чение коэффициента теплопередачи, который при чистых поверхностях теп- лообмена определяется коэффициентами теплоотдачи со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей. Во многих случаях физико-химические свойства применяемых теплоносителей существенно различаются, не одина- ковы их давление и температура, коэффициенты теплоотдачи. Так, значение коэффициента теплоотдачи со стороны воды α = 2 000 ÷ 7 000 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 коэф- фициента теплоотдачи. При одинаковом порядке значений коэффициентов теплоотдачи теплоносителей интенсификация теплоотдачи может осуществ- ляться с обеих сторон теплообмена, но с учетом эксплуатационных и техни- ческих возможностей.

Обычно интенсификация теплоотдачи связана с ростом затрат энергии на преодоление увеличивающихся гидравлических сопротивлений. Поэтому одним из главных показателей, характеризующих целесообразность интен- сификации теплоотдачи в теплообменниках, является ее энергетическая эф- фективность. Повышение интенсивности теплоотдачи должно быть соизме- римо 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 посредством оребрения;

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

· турбулизация пристенного слоя организацией пульсаций скорости набегающего потока и его закрутки;

· механическое воздействие на поверхность теплообмена посред- ством ее вращения и вибрации;

· применение зернистой насадки как в неподвижном, так и в псевдо подвижном состоянии;

· добавление в теплоноситель твердых частиц или газовых пузырьков. Вероятность применения того или иного способа интенсификации для конкретных условий определяются техническими возможностями и эффек-

тивностью этого способа.

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

Схемы некоторых устройств, используемых для интенсификации теп- лоотдачи в трубах, приведены в табл. 1.5.

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

Таблица1.5.