42
ВЛИЯНИЕ СПИРАЛЬНЫХ МАКРОНЕРОВНОСТЕЙ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ
ТЕПЛООБМЕНА ПРИ НАГРЕВЕ РАСТВОРА КАРБАМАТА
Сокиева К.У., Каримов К.Ф., Салманова Н.А., Нурмухамедов Х.С.
ТХТИ
Известно, что гидродинамика и теплообмен при течении жидкостей в трубах сложной
формы, как правило, определяются геометрическими параметрами подобных каналов.
Одной
из основных целей совершенствования теплообменных аппаратов является интенсификация
процесса теплообмена. Естественно, выбор метода интенсификации необходимо производить с
учетом гидравлического сопротивления [1].
В поперечно-омываемых пучках труб или стержней, цилиндры размещают по углам
правильного треугольника (шахматное расположение) или по углам квадрата (коридорное
расположение). Данные о гидравлическом сопротивлении удобно представить в функции
пористости, равной отношению площади проходного сечения пучка занятой теплоносителями,
к площади всего пучка при бесконечном числе стержней.
Для ламинарного и турбулентного течения жидкостей в
межтрубном пространстве
вопросы теплообмена и гидравлического сопротивления изучены досконально и глубоко
[1,2,3]. Однако теплообмен и гидродинамика в переходной области течения потока жидкостей
исследованы недостаточно.
В работах Калинина Э.К. описаны исследования теплообмена и гидродинамики в
переходной области течения в продольно-омываемом шахматном пучке труб с S/D=1,2.
Характерно, что в продольно-омываемом пучке при переходе из ламинарной области течения в
турбулентную, коэффициент сопротивления изменяется плавно, без скачка. Сначала
турбулентное течение возникает в широкой части межтрубного пространства, тогда как в узких
местах продолжает существовать ламинарное течение. Затем, по
мере роста числа Re,
турбулентное ядро расширяется, и, при больших значениях Re, проникает и в узкие области
межтрубного пространства.
Анализ литературных данных по изучению гидродинамики и интенсивности теплообмена
на витых и прямых трубах тесных пучков труб,
позволяет сделать вывод, о том, что они
представляют собой систему концентрических или плоских продольных каналов переменного
сечения.
При обтекании коридорного пучка трубы второго и последующих рядов находятся в
вихревой зоне предыдущих, где имеет место локальная циркуляция жидкости. Поток течет
преимущественно в продольных каналах (коридорах), не заполняя области в следах за трубами.
Имеется
множество исследований, в которых интенсификация теплообмена проводится
путем турбулизации потока теплоносителя внутри труб [2,3]. Поэтому, в трубно-решетчатой
насадке карбонизационной колонны можно использовать трубы с высокоэффективными
теплообменными поверхностями, т.е. со спиральными канавками или витые трубы.
Существует множество способов и устройств для интенсификации теплообмена с обеих
сторон труб, но наиболее приемлемым по всем параметрам являются
трубы с кольцевыми и
спиральными канавками, витые трубы и трубы типа «диффузор-конфузор». Однако,
изготовление последнего сопряжено с большими трудностями и поэтому его применение в
аппаратостроении не является возможным. Остальные теплообменные трубы отличаются
высокой технологичностью, простотой конструкции и не
меняют технологии сборки
теплообменных аппаратов. Особенно интересны трубы с кольцевыми и спиральными
канавками, т.к. они обеспечивают опережающий рост интенсивности теплообмена по
сравнению с ростом гидравлического сопротивления.
На рис.1. представлен график зависимости процесса теплообмена в каналах из прямых
пластин, а также в каналах из пластин с макронеровностями от числа Рейнольдса в
турбулентном режиме Nu=f(Re).Как видно, во всех случаях
график носит возрастающий
характер. Так, при течении потока в каналах с прямыми пластинами при значении числа
43
10
4
10
5
2
4
6 8
Re
100
200
300
400
500
Nu
Рейнольдса Re=10300, величина теплоотдачи составит Nu=88,8. Если скорость потока составит
Re=21222, тогда интенсивность теплообмена становится равной Nu=151. В случае роста числа
Рейнольдса Re=34990, теплоотдача в прямых пластинах составит Nu=236,3. Таким образом, с
увеличением скорости потока в каналах спирального теплообменника с прямыми пластинами
интенсивность теплообмена возрастает в 2,7 раза.
Рис.1. Влияние зависимости скорости потока на интенсивность
теплообмена в спиральном теплообменнике.
♦ - гладкая поверхность; ■ – пластина с макронеровностями
h/t=0,15;
▲
– пластина с макронеровностями h/t=0,22.
При течении потока в каналах с показателем спиральных макронеровностей h/t=0,15 при
значении Re=10300, величина теплоотдачи составляет Nu=131,4; при росте скорости потока до
Re=21222 число интенсивности процесса теплообмена составит Nu=220,5; при достижении
числа Рейнольдса Re=34990 показатель значения теплоотдачи увеличиться до Nu=348.
При сопоставлении течения потока в каналах с прямыми стенками и со стенками с
макронеровностями из графика видно, что при значении скорости потока Re=27270 величина
процесса теплообмена составит: в прямых каналах Nu=193,6; в
каналах с показателем
макронеровности h/t=0,15 - Nu=276,8; со значением макронеровностей h/t=0,22 величина
теплоотдачи равняется Nu=344,6, т.е. при использовании канала с макронеровностями
увеличивается интенсивность процесса более чем в 1,7 раз.
Do'stlaringiz bilan baham: 
