Преимущества Использования Спиральной Накатки в Трубчатых Теплообменниках

Среда Август 17th, 2016
_HRS Advantages of Corrugated Tube

Введение

Большое количество отраслей промышленности используют процессы, в которых тепло передается между различными жидкостями (или газами). Основной принцип теплопередачи чрезвычайно прост и заключается в переносе тепла от горячей среды к холодной через разделяющую их стенку до тех пор, пока они не достигнут одинаковой температуры. В промышленности этот процесс осуществляется в теплообменниках различных типов и конструкций предназначенных для конкретных процессов и условий эксплуатации.

Движущей силой теплопередачи является разность температур между горячими и холодными жидкостями. Чем больше разница, тем выше скорость, с которой тепло будет передаваться между средами. В сложных технологических процессах инженер-проектировщик должен оптимизировать температурный напор на каждом этапе, чтобы максимизировать общий тепловой поток.

Второй фактор, влияющий на теплопередачу — это площадь стенки, разделяющей среды. Чем больше площадь, тем больше тепла может протекать в единицу время при заданной разности температур внутри теплообменника. Инженер-проектировщик должен стараться свести к минимуму эту поверхность, что сократит металлоёмкость конструкции, а следовательно, сэкономит затраты своему клиенту.

Третий и возможно самый важный фактор, влияющий на теплопередачу – это интенсивность теплообмена. Высокая устойчивость тепловому потоку, в любой жидкости, приведет к медленной общей скорости теплообмена. Уровень сопротивления тепловому потоку обусловлен многими различными факторами, в том числе присущими теплофизическим свойствами жидкости, но может быть значительно уменьшен при проектировании трубчатого теплообменника благодаря возникновению турбулентности внутри жидкостей, что предотвращает образование термостойкого статического «пограничного слоя» жидкости, контактирующей с поверхностью теплообменника.

Четвертым фактором, который также может быть оптимизирован при проектировании трубчатого теплообменника, является тепловой поток, который проходит через теплообменную поверхность. Материал трубок выбирается с учетом рабочих сред, должен соответствовать пищевым стандартам, иметь достаточную механическую прочность, чтобы выдерживать рабочие температуры и давления, и также иметь низкое термическое сопротивление.

Математические уравнение теплопередачи, описывающие процесс теплообмена, довольно простое:

_HRS Heat Transfer Equation "Q"

  • Q – тепловой поток (количество теплоты), переданное в процессе теплопередачи, Вт
  • A – поверхность теплообмена, м²
  • ∆T – эффективная разность температур, ° K
  • U – коэффициент теплопередачи, Вт / м². ° K

Коэффициент теплопередачи U вычисляется немного сложнее:

_HRS Overall Heat Transfer Coefficient Equation

Где:

  • h1 и h2 – коэффициенты теплоотдачи, Вт/м2*ᵒК.
  • Rw – термическое сопротивление стенки, м2*ᵒК/Вт.
  • Rf1 и Rf2 – коэффициенты загрязнения, м2*ᵒК/Вт т.

Значения коэффициентов загрязнения Rf обычно задаются клиентом, а на значения h и Rw может влиять инженер-проектировщик при выборе размера и толщины трубок, а также материалов трубчатого теплообменника. Значения коэффициентов теплоотдачи h в большей степени зависят от природы жидкостей, а также от геометрии и поверхностей теплообмена с которыми они контактируют. Важно понимать, что на конечный расчет в значительно степени влияет пограничный слой: слой жидкости, находящийся в непосредственном контакте с теплообменной поверхностью.

Процессы теплопередачи

Многие исследования в сфере теплообменных процессов нацелены на точное прогнозирование сопротивления пограничного слоя и способах воздействия на него без существенного увеличения потерь давления.

Исследованы различные методы уменьшения сопротивления пограничного слоя со стороны трубки, в том числе различные типы «вставок», которые имеют сложную форму и геометрию, например, различные проволоки или плоские скрученные полосы, установленные внутри внутренних труб теплообменника. Большинство из них имеют недостаток, заключающийся в существенном росте потерь давления при незначительном уменьшении сопротивления пограничного слоя.

Однако есть метод не имеющий данного недостатка и заключается в деформации внутренних трубок путем нанесения спиральной накатки или лунок на теплообменную поверхность. Исследования показали, что при грамотном выборе глубины, угла и ширины спиральных углублений, сопротивление пограничного слоя уменьшается быстрее, чем возрастают потери давления. Эта форма хорошо показана на рисунке в начале статьи.

Непрерывное разрушение пограничного слоя жидкости со стороны внутренних труб увеличивает турбулентность потока, которое математически описывается числом Нуссельта, а если жидкость имеет высокую устойчивость к тепловому потоку, то увеличивается интенсивность теплообмена.

Турбулентное течение хорошо представлено в этом видео.

© 2017 HRS Heat Exchangers. All Rights Reserved

Продолжая пользоваться сайтом, вы соглашаетесь с использованием cookies-файлов. Подробнее. Подробнее

Параметры cookies-файлов на этом сайте установлены, как "разрешить cookies ", чтобы обеспечить Вам лучший просмотр сайта. Если вы будете продолжать использовать этот веб-сайт без изменения настроек cookies-файлов или нажмете кнопку "Принять", то вы соглашаетесь с этим.

Закрыть