Материал: Интенсификация теплообмена в энергоустановках. Сборник задач. В двух частях. Трошин А.Ю., Коновалов Д.А

где m – число овалообразных выступов по ходу потока. Уравнения (1.14) и (1.15) справедливы в области значе-

ний:

s1 d 0 1,5 3, 7; s2 s1 1,85 3, 7;

Re 4000 25000; ts2 0,85.

В уравнениях (1.12) и (1.14) коэффициент теплоотдачи условно отнесен к поверхности гладких (негофрированных) листов; увеличение поверхности теплоотдачи за счет выступов составляет всего около 15 %.

Поверхность теплопередачи, заключенная в единице объема, зависит от размера каналов d0 и составляет:

Сопоставление описанного теплообменника с другими эффективными теплообменниками, скомпонованными из пучков трубок с проволочным оребрением и непрерывными спиральными ребрами, выполненное в условиях одинаковой затраты мощност на перемещение газа, выявило, что он облада-

60

ет хорошими показателями. В то же время технология изготовления такого теплообменника достаточно проста.

Технология сборки теплообменника была изменена; в частности, соприкасающиеся поверхности овалообразных выступов соединены между собой контактной точечной сваркой с шагом 10 мм, что придало конструкции жесткость: теплообменные элементы при таком исполнении выдерживали давление до 25 кг/см2. Направление потоков теплоносителей осуществлено таким образом, чтобы разгрузить корпус теплообменника от избыточного давления: это упростило конструкцию корпуса, уменьшило его вес и размеры. Полная поверхность воздухоподогревателя равнялась 23,9 м2; толщина листов 0,8 мм. Длительные испытания теплообменника (свыше 800 ч) при разности температур 220÷400º подтвердили надежность конструкции.

Рис. 1.55. Листы с полусферическими выступами [4]

Опытные данные о теплоотдаче в двуугольных прерывистых каналах, полученные авторами, оказались на 25 % ниже вычисленных по уравнению (1.14), а величина коэффициента

61

сопротивления - на 12 % выше установленной Антуфьевым; причиной расхождений является, по-видимому, существенное различие в геометрических параметрах профилированных листов.

Были исследованы теплоотдача и сопротивление пакета из стальных пластин толщиной 1 мм, в которых специальным штампом сделаны полусферические выступы диаметром 8 мм на расстоянии 14 мм друг от друга (рис. 1.55). При соединении пластин попарно выступы каждой из сопрягаемых пластин соприкасаются с основанием другой пластины, образуя канал для прохода газа, имитирующий слой сферических твердых частиц. Соединение пластин осуществлено на сварке. В собранном пакете образуются две системы каналов: в одних каналах выступы обращены в поток омывающего их газа, а в других образуется ряд полусферических впадин. За счет выступов поверхность теплопередачи увеличивается на 23 % по сравнению с поверхностью гладких листов. На основании проведенных опытов установлено, что коэффициент теплоотдачи в каналах с полусферическими выступами, имитирующими слой сферических твердых частиц, изменялся в пределах от 128 до 233 ккал/м2·ч·град при скорости воздуха 11,2- 26,6 м/сек. Опытные данные описываются эмпирическим уравнением:

Причем в качестве определяющего линейного размера принимается диаметр сферического выступа d=0,008 м, скорость определялась в свободном сечении пакета, а физические константы воздуха – при температуре стенки (которая принималась равной 100 ºС, так как воздух нагревался конденсирующимся паром). Уравнение (1.16) справедливо для воздуха в области Re 3900 9400.

Сопротивление пакета, длина пластин в котором по ходу воздуха составляла 260 мм, изменялось в пределах от 33 до 505 мм. вод. ст. при скорости воздуха 6,2-30,8 м/с, чему соот-

62

ветствуют значения Re 3050 16000. Опытные данные, полученные в изотермических условиях, описываются уравнением

где l – длина пластин в направлении потока.

По своей эффективности теплообменник из пластин с полусферическими выступами близок к рассмотренному ранее теплообменнику с овалообразными выступами, предложенному Антуфьевым. Удельная поверхность теплопередачи200 м2/м3.При одинаковых линейных скоростях воздуха

коэффициент теплоотдачи для пластин с полусферическими выступами оказался в 2,5-2,8 раза выше, чем для гладкой пластины; это объясняется, по-видимому, высокой степенью турбулизации потока, так как увеличение поверхности теплоотдачи засчет полусферических выступов составляет всего 23%.

Мак-Магон и др. разработали конструкцию теплообменника, который собирается из большого числа перфорированных пластин, накладываемых одна на другую; между пластинами помещаются эластичные (например, неопреновые) прокладки особой конфигурации (рис. 1.56). Пластины сжимаются в такой степени, чтобы обеспечивалось герметичное уплотнение между их поверхностью и прокладками; в результате такой комбинации образуется ряд параллельных каналов, служащих для прохода теплоносителей. Пластины выполнены из алюминия толщиной 1,6 мм; диаметр отверстий в пластинах 2,1 мм, расположены они в шахматном порядке с шагом 3,2 мм. Толщина неопреновых прокладок 0,35-2,5 мм. Газовые потоки, проходя через большое число отверстий в пластинах, интенсивно турбулизируются, что улучшает теплоотдачу. Ко-

значения n соответствуют более толстым прокладкам). В критерии Re в качестве определяющего линейного размера вводится диаметр отверстий в пластинах. Максимальное значение

63

Увеличение диаметра отверстий в пластинах приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи, но в то же время и к повышению сопротивления; увеличение толщины пластин связано с уменьшением коэффициента теплоотдачи и увеличением сопротивления. Соотношение между количеством подаваемого тепла и потерей напора для описанного теплообменника выше на 50 %, чем для гладких труб.

Рис. 1.56. Элементы теплообменника из перфорированных пластин: а) – перфорированная пластина; б) – неопреновая прокладка;

в) – собранный элемент [4]

Вильямс описал теплообменник, собранный из 1080 перфорированных пластин и предназаначенный для кислородной установки. Теплообменник рассчитан на охлаждение 1100 м3/ч воздуха обратными потоками кислорода и азота; он характеризуется высотой 2,7 м, шириной 0,9 м и глубиной 0,18 м. Уплотнение пластин достигается при помощи неопреновых прокладок; стягивающее усилие создается сильными пружинами, воздействующими на анкерные болты. Возможно

64