Выбор метода интенсификации теплоотдачи, страница 2

Интенсификация теплообмена при кипении

При кипении в условиях свободной и вынужденной конвекции для интенсификации теплообмена широко используются пористые покрытия [1.9¾1.11]. Пористое покрытие улучшает условия образования паровых пузырьков и приводит к росту числа активных центров парообразования. С помощью пористого покрытия можно повысить коэффициент теплоотдачи при кипении примерно в 10 раз, первую и вторую критическую тепловую нагрузку, температурный напор, соответствующий прекращению пленочного кипения, коэффициент теплоотдачи при пленочном кипении. Влияние пористого покрытия на теплоотдачу существенно зависит от его характеристик.

Для интенсификации теплообмена при кипении используются также методы искусственной турбулизации потока.

Интенсификация теплообмена при конденсации

Эффективными методами интенсификации теплообмена при конденсации являются создание капельной конденсации и в случае пленочной конденсации применение накатки, нарезки, оребрения, изменениенаклона трубного пучка [1.1, 1.4, 1.12].

Комбинированные методы интенсификации  теплоотдачи

Комбинированные методы интенсификации теплоотдачи основаны на сочетании, по крайней мере двух методов повышения интенсивности теплосъема:

·  использование искусственной шероховатости поверхности и закрученной ленты;

·  использование спиральной трубы и пористого покрытия;

·  использование шероховатой поверхности и генерации акустических колебаний в жидкости.

Суммарный эффект комбинированного метода превосходит эффекты от действия отдельных методов.

1.2. ВЫБОР МЕТОДА ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООТДАЧИ

Рассмотрим общий подход при выборе метода интенсификации теплоотдачи.

Плотность теплового потока, передаваемого через плоскую стенку, разделяющую две среды с температурой  Т_ж1 и Т_ж2  ( Т _ж1 >  Т _ж2), определяется выражением

где в знаменателе записано термическое сопротивление теплопередачи, которое складывается из термических сопротивлений теплоотдачи со стороны первой среды R₁ = 1 / a₁, второй среды R₂ = 1 / a₂ и стенки R_с = d_с / l_с. Из этого выражения видно, что для повышения передаваемого теплового потока необходимо увеличить коэффициенты теплоотдачи a ₁ и a ₂ со стороны первой и второй жидкостей и уменьшить термическое сопротивление стенки. Из двух коэффициентов теплоотдачи в первую очередь требуется повысить наименьший.

При выборе метода интенсификации теплоотдачи необходимо учитывать ряд условий.

1. Цели интенсификации теплоотдачи

Обычно это уменьшение габаритных размеров и массы аппарата, снижение температурного напора при заданных тепловой мощности и мощности на прокачку теплоносителя.

2. Допустимые энергетические затраты при реализации метода

Эффективность интенсификации теплообмена можно оценить, сравнивая объемы или поверхности теплообмена двух аппаратов с интенсификаторами теплосъема или без них при одинаковых тепловых мощностях  и мощностях, затрачиваемых на прокачку теплоносителя.

Потребность в интенсификации теплоотдачи появляется, когда увеличение скорости потока при допустимых гидравлических потерях не обеспечивает получение заданных габаритных размеров аппарата. Поэтому необходимо применять методы интенсификации теплоотдачи, обеспечивающие уменьшение габаритных размеров при неизменных суммарных потерях  давления на прокачку теплоносителя через аппарат.

Интенсификация теплоотдачи за счет дополнительной турбулизации связана с ростом коэффициента гидравлического сопротивления.

3. Условия передачи теплоты

Знание структуры потока и механизма передачи теплоты позволяет установить области, в которых увеличение интенсивности переноса теплоты оказывает наибольший эффект.

К выбору метода интенсификации теплоотдачи при течении однофазной среды

При выборе метода интенсификации теплоотдачи в случае течения однофазной среды следует учитывать изменение теплоотдачи по длине и распределение температуры потока по радиусу трубы.

При течении теплоносителя в канале теплоотдача уменьшается по длине из-за увеличения толщины пограничного слоя от числа Nu в начале термического участка Nu _н.т до числа Nu при стабилизированном течении Nu _¥.

Длина начального термического участка l_н.т зависит от режима течения и вида теплоносителя. При турбулентном режиме течения l_н.т » (10¾20) d, где d ¾ диаметр трубы. При ламинарном режиме течения  l _н.т существенно больше. Один из путей повышения теплоотдачи ¾ создание условий начального термического участка. Это реализуется, например, при струйном натекании теплоносителя на поверхность.