к.т.н. Костик С.І., Ревтов О.О.

Національний технічний університет України «КПІ», Київ, Україна

ТЕПЛОПЕРЕНОС В ТРУБЧАСТОМУ ЕЛЕМЕНТІ ТЕПЛООБМІННИКА

На сьогоднішній день процеси теплообміну присутні практично у всіх технологічних процесах і відіграють досить важливу роль. Тож інтенсифікація процесів теплообміну, вдосконалення та розробка відповідного обладнання є досить актуальною задачею для промисловості.

Серед найбільш розповсюджених конструкцій теплообмінного обладнання є пластинчасті, кожухотрубні, спіральні теплообмінники, теплообмінники типу труба в трубі, сорочки ємнісних апаратів, різноманітні змійовики та калорифери.

Однак у вищезазначеного теплообмінного обладнання є ряд специфічних недоліків і їх коефіцієнт корисної діє не максимально високий, тому доцільним є пошук шляхів підвищення ККД обладнання. Для цього звернемося до формульного вираження закону Ньютона-Ріхмана:

(1)

З нього можна побачити, що для збільшення теплового потоку і, відповідно, інтенсифікування процесу теплообміну, можна:

- збільшити різницю температур;

- збільшити поверхню теплообміну;

- збільшити коеф. тепловіддачі;

- зменшити термічні опори.

Так, як найчастіше технологічний процес проводиться при заданій різниці температур, то єдиним варіантом підвищення кількості теплоти, що передається є зміна коеф. теплопередачі та площі теплообміну.

Для вирішення цієї задачі частіше всього застосовують оребрення різноманітної конфігурації, що дозволяє підвищити площу теплообміну та інтенсифікувати процес теплопередачі в цілому. Але стандартне оребрення не завжди є найефективнішим, тому виходячи з вищесказаного, нами було запропонована конструкція «трубчастого елементу теплообмінника», на який було отримано патент на корисну модель № 106091 [1].

Рисунок 1. 3D модель оребрення.

По суті цей елемент оребрення, можна збирати у секції для глобального та локального підвищення площі теплообміну. Він виготовляється з матеріалів з високим теплопровідності (мідь, латунь, алюміній, бронза) і прикріплюється на труби теплообмінних елементів шляхом припаювання.

На рисунку 2 можна побачити розподіл поля температур по перерізу елемента оребрення та оцінити його ефективність.

Рисунок 2. Схема розподілу температур по поверхні елемента оребрення.

Геометрія спеціального оребрення, сприяє нестаціаонарному руху потоку теплоносія, що призводить до виникнення турбулентних пульсацій. Нестаціонарність потоку теплоносія сприяє збільшенню критерію Рейнольдса, що відповідно призводить до збільшення критерія Нуссельта і позитивно впливає на параметри тепловіддачі. З рисунка 2 видно, що дане оребрення досить інтенсивно переросподілює тепловий потік, що призводить до інтенсивного теплознімання з поверхні.

Тож можна стверджувати, що дана конструкція оребрення є досить ефективною і може широко використовуватися для локального та глобального підвищення площі теплообміну найрізноманітнішого трубчастого обладнання фармацевтичної, біотехнологічної, харчової та інших галузей промисловості. Спосіб закріплення даного оребрення дає можливість не заміняти труби обладнання цілком, а лише закріплювати оребрення, що дозволить зменшити витрати на модернізацію обладнання.

Література

1) Патент України № 106091, МПК F28F 1/10. Трубчастий елемент теплообмінника / Ревтов О.О., Костик С.І – Опубл. 11.04.2016, бюл. № 7