Материал: Теплообменное оборудование предприятий

где – коэффициент полезного действия нагнетателя.

1.5.Методы оценки и некоторые способы повышения энергетической эффективности поверхностей теплообмена

Совершенство теплообменного аппарата при вынужденном движении рабочих сред характеризует соотношение теплоты, переданной в аппарате, и затрат мощности N на преодоление гидравлических сопротивлений. М.В. Кирпичёвым введено понятие энергетического коэффициента

Чем больше значение E, тем лучше способ интенсификации теплообмена и конструкция аппарата. Однако в таком виде методика оценки эффективности не получила широкого применения. Главным её недостатком является неоднозначность коэффициента E в зависимости от принятых скоростей рабочих сред, соотношений коэффициентов теплоотдачи, температур и других факторов.

Дальнейшее развитие методики оценки на основе энергетического коэффициента выполнил В.М. Антуфьев с использованием удельных показателей для определения теплосъема и энергозатрат.

Проведено преобразование E путём анализа величин, входящих в уравнение (1.19):

лообмена, м2; t – температурный напор,°С; P – потери напора при движении среды, Па; W – скорость среды, м/с; fпр.с.. – проходное

сечение, м2.

Делением числителя и знаменателя на F получены удельные

показатели теплосъёма и энергозатрат на 1 м2. Обозначив удельные энергозатраты

21

No

На оценку эффективности поверхности теплообмена температурный напор не влияет и может быть принят t 1 °C. Тогда выражение (1.22) принимает вид безразмерного комплекса

В такой записи энергетический коэффициент является универсальным и характеризует количество теплоты, переданной при разно-

сти температур в 1 °С, при затратах энергии в 1 Вт на движение рабо-

чей среды при обтекании 1 м2 поверхности теплообмена.

В табл. 1.7 приведены выражения для No некоторых типов поверхностей теплообмена [8].

Таблица 1.7 Выражение удельных энергозатрат для некоторых типов

поверхностей теплообмена

В табл. 1.7 приняты обозначения: –коэффициент сопротивления трению; – плотность среды, кг/м3; W – скорость среды, м/с;

S1* – поперечный шаг между трубами в пучке, м; dн – наружный диаметр труб, м; Euo – число Эйлера, отнесённое к одному ряду труб

(выступов); fo – проходное сечение одного канала, м2; S1**– шаг по волне между овалообразными выступами, м; dэ – эквивалентный

диаметр двухугольного канала, м; S – ширина щелевого волнообразного канала, м; a – сторона основания пирамидального выступа, м.

Коэффициент теплоотдачи связан с энергозатратами зависимостью f No , которая может быть определена аналитически

или графически. Аналитический способ достаточно сложен и обычно используют графический метод сопоставления. На рис. 1.10 приведен график сопоставления тепловой эффективности двух произвольных поверхностей теплообмена.

Объём, занимаемый поверхностью нагрева, выражается через коэффициент компактности П, представляющий собой величину

23

поверхности теплообмена, размещённую в единице объёма, м2/м3 :

Для двухстороннего обтекания поверхности теплообмена энергетический коэффициент зависит от коэффициента теплопередачи k и суммарных удельных затрат мощности на сопротивление и может быть представлен следующим образом:

Дальнейший анализ тепловой эффективности сравниваемых конструкций теплообменных аппаратов выполняется по аналогичной методике.

1.6.Способы повышения тепловой эффективности установок

Проблема повышения эффективности теплообменного оборудования является комплексной и требует совместного решения ряда задач: теплофизической, направленной на исследование и поиск гидродинамических и теплотехнических условий, обеспечивающих оптимальное соотношение между интенсивностью теплообмена и уровнем гидравлических сопротивлений; эксплуатационной, обеспечивающей длительную и надёжную работу оборудования; задачи по созданию технически доступной и сравнительно дешёвой технологии изготовления [1-10].

24

Вотдельных случаях эффективность работы теплообменных аппаратов можно повысить за счёт применения теплоносителей с высокими теплофизическими свойствами, использования материала стенки с большими коэффициентами теплопроводности и малой её толщиной, увеличения давления теплоносителей, повышения температурного напора.

Обычно физические свойства рабочих сред и температурный режим заданы условиями протекания теплотехнологических процессов

ине могут выбираться произвольно. В этом случае наиболее простыми способами интенсификации являются: увеличение скорости теплоносителей до экономически целесообразных значений и обеспечение их оптимального соотношения; уменьшение геометрических размеров каналов; оптимизация конструктивных элементов теплообменного оборудования и совершенствование схем теплоиспользующих установок; реализация мероприятий по предотвращению или снижению уровня отложений, а также своевременная очистка поверхности теплообмена.

Втеплообменных аппаратах с резко отличающимися коэффициентами теплоотдачи повышение тепловой эффективности достигается увеличением поверхности теплообмена за счёт различного рода оребрения со стороны теплоносителя с малым коэффициентом теплоотдачи.

Наиболее эффективным способом интенсификации конвективного теплообмена является разрушение пристенного пограничного слоя, что увеличивает его турбулентную проводимость. Достигается это в основном двумя путями: обеспечением локального отрывного течения и увеличением местных пристенных скоростей. Отрывное течение создаётся: искусственной шероховатостью, выполненной в виде резьбовой нарезки; кольцевых вставок, последовательно расположенных по ходу потока; поперечных выступов различной формы. Увеличение местных пристенных скоростей реализуется закруткой потока, создаваемой шнековыми или пластинчатыми закручивателями и внутренним спиральным оребрением.

Наиболее технологически просто интенсификация теплообменных процессов достигается в профильно–пластинчатых поверхностях нагрева, где в процессе штамповки или прокатки листов можно обеспечить практически любую форму каналов. Такие теплообменники получили широкое распространение в различных отраслях промышленности.

25