Интенсификация теплоотдачи при течении однофазной среды, страница 6

Трубы с турбулизаторами оказались весьма эффективными при течении в них воды с повышенной бикарбонатной жесткостью (С=20 мг-экв/л). Это подтвердили  эксперименты при обтекании водой повышенной жесткости наружной и внутренней поверхностей труб с различными турбулизаторами, проведенные  Г.А. Дрейцером [2.3]. Скорость воды изменялась от 0,1 до 1,5м/с, температура воды от 50 до 90°С, длительность экспериментов достигала 360 ч.

Как установлено, наличие турбулизаторов  снижает солеотложения в трубах, причем зависимость R* от времени имеет асимптотический характер: через 100¾150 ч значение R* становится постоянным. Отложения в трубах с турбулизаторами тем меньше, чем больше высота диафрагм или глубина канавок, чем меньше шаг их размещения. На рис. 2.7 приведены изменения коэффициента теплопередачи от времени. Линиями 1¾4 показаны данные для труб с накаткой при относительном шаге t/d, равным соответственно 0,25; 0,44; 0,625; 0,75. Линией 5 показаны данные для гладкой трубы. Эффективность труб с турбулизаторами увеличивается при наличии солеотложений. При отсутствии солеотложений (время t=0 ) отношение коэффициентов теплопередачи для труб с накаткой и без накатки , затем при .

Рис. 2.7. Изменения коэффициента теплопередачи от времени

Обобщение экспериментальных данных позволило получить следующие зависимости для термического сопротивления слоя солеотложений. Для труб с кольцевыми диафрагмами при /d=0,91¾0,94; t/d=0,25¾0,5; Re=(4¾25)10³ ; C=5¾20 мг-экв/л;  ч;

Для витых труб

Поскольку солеотложения снаружи и внутри труб с турбулизаторами значительно меньше, чем в гладких трубах, то при их использовании  обеспечивается устойчивая работа теплообменных аппаратов без специальных мероприятий по очистке поверхностей.

Особенности образования отложений на стенке с интенсификаторами теплосъема

При взаимодействии потока со стенкой происходит не только отложение осадков, но и их унос из верхнего слоя отложений. При увеличении скорости потока w затрудняется образование отложений, поэтому наблюдаются меньшие значения R*. Очевидно, что турбулизация потока пристенными интенсификаторами теплосъема затрудняет образование отложений на стенке.

Скорость уноса отложений с поверхности раздела определяется  действием потока (касательными напряжениями) на слой отложений, зависит от  концентрации примесей, толщины слоя отложений. Очевидно, что на поверхностях с турбулизаторами при той же скорости потока касательные напряжения больше, чем на гладкой поверхности, и унос отложений также больше.

2.2. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООТДАЧИ С ПОМОЩЬЮ ЗАКРУТКИ ПОТОКА

Закрутка потока в канале может осуществляться с помощью, спиральной накатки, пристенных завихрителей, закрученных лент, шнеков, выполнения канала в виде спиральной трубы.

Интенсификация теплоотдачи с помощью закрученной ленты

Рассмотрим закономерности влияния закрученной ленты на теплоотдачу и гидравлическое сопротивление. На рис. 2.8 представлена зависимость отношения числа Nu в случае закрутки потока воды к числу  для прямолинейного потока от величины, обратной коэффициенту закрутки ленты [2.5]. Рабочий участок ¾ труба с внутренним диаметром 12 мм. Площадь сечения ленты 121 мм². Коэффициент закрутки ленты y равен отношению длины участка l, на котором происходит поворот ленты на 360º, к внутреннему диаметру трубы d. В качестве определяющей выбрана средняя температура воды. В числе Nu за определяющий размер взят гидравлический диаметр канала. Установлено, что закрутка потока приводит к повышению теплоотдачи при y = 8 на 33% по сравнению с прямолинейным течением.

Рис. 2.8. Зависимость отношения чисел Нуссельта в случае закрученного и прямолинейного потока от величины, обратной коэффициенту закрутки ленты

Для расчета теплоотдачи предложена зависимость

где