Теплообменные аппараты с пучками витых труб

ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ С ПУЧКАМИ ВИТЫХ ТРУБ [c.8]

В случае перехода теплообменного аппарата с пучком витых труб с одного режима работы на другой режим с более высоким уровнем мощности тепловой нагрузки (см. рис. 5.15) также наблюдается влияние нестационарности процесса на значение коэффициента к, несмотря на то, что характер изменения температурных полей теплоносителя в этом случае не является столь резким (рис. 5.17), чем характер изменения [c.165]

При расчете нестационарного теплообмена в теплообменном аппарате с пучком витых труб с учетом межканального перемешивания теплоносителя необходимо решая систему уравнений (5.17). .. (5.21) с граничными условиями (5.22). ... .. (5.24), описывающих течение гомогенизированной среды, рассматривать свойства жидкости, текущей внутри витых труб. [c.234]

Обнаруженное влияние поля температуры теплоносителя, сформированного неравномерным полем тепловыделения по радиусу пучка витых труб, на поле скорости потока необходимо учитывать при разработке модели течения и ее математическом описании и при нестационарном протекании процессов тепломассопереноса. Необходимость использования уравнения движения в виде (1.8) может быть обоснована также при исследовании процесса выравнивания неравномерности поля скорости, сформированной входным патрубком при адиабатическом течении воздуха. Эксперименты проводились на моделях теплообменного аппарата с 127 витыми трубами овального профиля с относительным шагом S/ d = 16 и числом Fr , = 470 на экспериментальной установке, описанной в [39]. Вход потока в пучок бьш осесимметричным. Неравномерность поля скорости формировалась системой входных решеток, уровень турбулентности за которыми составлял 6%. Скорость потока измерялась в выходных сечениях пучков различной длины трубкой полного напора, малочувствительной к углу скоса потока до 20° [39]. Длина пучков соответствовала расстояниям от входа lid, 18,7d, 90,5d. При этом входные условия сохранялись неизменными, число Re s 10 и = 305 К. Среднеквадратичная погрешность определения скорости составляла 3%. [c.107]

Предложенный подход к решению задач нестационарного тепломассообмена в теплообменных устройствах и аппаратах с пучками витых труб может быть использован при расчете распределений температур газового теплоносителя в межтрубном пространстве аппарата и витых труб (твердой фазы), что особенно важно для теплонапряженных устройств, работающих при высоких уровнях температур и тепловых потоков. [c.234]

Особенности течения и теплообмена в аппаратах с продольным обтеканием пучков витых труб приводят к уменьшению массы и габаритных размеров теплообменных устройств, что позволяет использовать такие аппараты в различных областях промышленности и народного хозяйства. Поэтому представляет интерес изучение в теплообменниках с продольным обтеканием витых труб не только стационарных, но и нестационарных тепломассообменных процессов, которые могут играть решающую роль для создания надежных конструкций, работающих в теплонапряженных условиях. [c.9]

Для продольно обтекаемых теплообменных аппаратов с боковыми входом и выходом теплоносителя из межтрубного пространства определенный интерес может представлять закрутка витых труб относительно оси пучка (рис. 1.2). В этом случае обеспечивается выравнивание неравномерностей полей скорости и температуры теплоносителя, сформированных входными условиями, а также неравномерным тепло-подводом по радиусу и азимуту пучка, благодаря азимутальному переносу теплоносителя закрученными относительно оси пучка витыми трубами. При этом для лучшего выравнивания неравномерностей полей скорости и температуры на входе и выходе из теплообменника образуются коллекторы для среды межтрубного пространства, имеющие пористость большую пористости пучка благодаря использованию прямых концов труб с диаметром, равным меньшему размеру овала. Результаты исследования теплообмена и гидравлического сопротивления в пучках закрученных витых труб были рассмотрены в [39]. Обнаруженная интенсификация теплоотдачи в [c.10]

Рис. 1.2. Теплообменный аппарат с закрученным пучком витых труб

В случае закрученного пучка витых труб (см. рис. 1.2) необходимо учитывать азимутальный перенос тепла и массы закрученными витыми трубами относительно оси пучка. Тогда система уравнений, описывающая стационарное в среднем течение гомогенизированной среды в межтрубном пространстве теплообменного аппарата с закрученным пучком витых труб, будет иметь вид [c.19]

Исследование тепломассообмена в закрученном пучке проводилось на моделях теплообменных аппаратов с различными законами закрутки по радиусу пучка при закрутке всех витых труб относительно оси пучка с постоянным углом [c.111]

Подход к расчету теплообменных аппаратов при продольном обтекании пучков витых труб с учетом межканального перемешивания аналогичен подходу, описанному в разд. 8.1. Отличие заключается в основном в учете межканального перемешивания теплоносителя, обусловленного неравномерным теплоподводом в поперечном сечении пучка. Рассмотрим влияние этого фактора сначала для случая стационарного протекания процесса. Поскольку наибольший эффект от интенсификации теплообмена при применении витых труб получается в том случае, когда лимитирующим является термическое сопротивление в межтрубном пространстве, будем рассматривать в качестве теплоносителя, обтекающего пучок [c.230]

В настоящее время разработаны разнообразные конструкции теплообменных аппаратов с пучками витых труб овального профиля. В теплообменном аппарате с продольным обтеканием пучка витых труб (рис. 1.1) трубы установлены одна относительно другой с касанием по максимальному размеру овала и закреплены прямыми круглыми концами в трубных досках. При такой установке труб обеспечивается существенная интенсификация тепломассообменных процессов в межтрубном пространстве аппарата и решается другая важная задача — обеспечения его вибропрочности. Интенсификация теплообмена в межтрубном пространстве такого теплообменника и внутри витых труб [39] при оптимальных относительных шагах закрутки профиля труб 5/с = 6. .. 15 позволяет в 1,5. .. 2 раза уменьшить объем теплообменного аппарата по сравнению с гладкотрубным аппаратом при заданных тепловой мощности и мощности на прокачку теплоносителей. При этом уменьшается масса аппарата и его металлоемкость. В таком аппарате все витые трубы имеют одинаковое направление закрутки (либо правое, либо левое). На границе винтовых каналов таких труб возникает тангенциальный разрыв вращательной компоненты скорости, что приводит к турбули-зации потока. В пристенном слое труб поток закручен по закону твердого тела, а в ядре закрутка потока определяется взаимодействием винтовых течений, обтекающих соседние трубы. Поскольку поток в пристенном слое закручен в большей степени, чем ядро потока (максимум вращательной и радиальной составляющих скорости приходится на внешнюю границу пристенного слоя), то использование витых труб приводит к турбулизации потока прежде всего в пристенном слое[39]. [c.8]

Метод закрутки потока внутри витых труб и при их продольном обтекании позволяет не только существенно снизить габаритные размеры, массу (металлоемкость) теплообменных устройств, но и интенсифицировать межканальное перемешивание теплоносителя в межтрубном пространстве, что обеспечивает выравнивание неравномерностей температуры в поперечном сечении пучка витых труб при неравномерном поле тепловьщеления (теплоподвода) и боковом входе теплоносителя в аппарат. Благодаря своим преимуществам теплообменные устройства с витыми трубами могут применяться в различных отраслях промышленности. [c.3]

В книге предложены способы обобгцения опытных данных по нестационарному тепломассообмену в пучках витых труб при различных типах нестационарности резком и плавном изменении тепловой нагрузки при запуске и остановке аппарата и переходе с однрго режцма работы на другой режим, а также при изменении расхода теплоносителя. При этом использовались теории подобия и размерностей, на основании которых предложены критерии подобия и способы учета особенностей нестационарного процесса тепломассообмена в пучках витых труо. Определены критериальные зависимости для расчета эффективных коэффициентов диффузии и коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления для стационарных и нестационарных условий работы, которые рекомендуется использовать при теплогидравлических расчетах теплообменных аппаратов. Рассмотрены методы расчета теплообменных аппаратов с витыми трубами с учетом межканального перемешивания, что позволяет наряду с усредненными определять и локальные параметры в рамках гомогенизированной постановки задачи. В книге анализируются и обобщаются теоретические и экспериментальные работы, выполненные как авторами, так и другими исследователями. [c.5]

Теплообменные аппараты с поперечным обтеканием пучков витых труб также могут быть установлены с касанием по максимальному размеру овала, что улучшает их вибропроч-ностные характеристики, но при этом интенсификация теплообмена и процесса выравнивания неравномерностей температур труб по их периметру достигается только при размещении витых труб с образованием щелевых каналов по длине пучка труб с шириной, равной половине разности между максимальным и минимальным размерами овала. В этом случае трубы в плотной упаковке касаются только труб соседних рядов. Результаты исследования теплообмена, гидравлического сопротивления в таких аппаратах, оценка эффективности их использования приведены в работе[39]. [c.9]

Другая конструкция теплообменника с поперечным обтеканием пучка витых труб, когда спиральная закрутка теплоносителя в межтрубном пространстве приводит к выравниванию неравномерностей температур по периметру труб и интенсификации теплообмена, отличается перекрестным располо жением соседних рядов витых труб. В этом случае появляется возможность одновременного нагревания или охлаждения двух различных сред. Дополнительная турбулизация потока в межтрубном пространстве обеспечивается в этом случае взаимодействием разнонаправленных винтовых течений, обусловленным поворотом вихрей при переходе потока с одного ряда труб на другой. Такой теплообменный аппарат, имеющий две пары коллекторов с трубными досками под перпендикулярно расположенные трубы чередующихся рядов, характеризуется большей пористостью пучка, чем предыдущий аппарат, из-за увеличения расстояния между соседними рядами в 2/ V 3 раза при плотной упаковке пучка и обеспечивает касание каждой трубы на длине шага закрутки с шестью попарно расположенными трубами. Этот аппарат также является более компактным и менее металлоемким, чем гладкотрубчатый аппарат при юй же тепловой мощности и тех же затратах энергии на прокачку теплоносителей. [c.10]

При продольном обтекании пучков оребренных стержней и витых труб овального профиля наблюдается значительная ин-тенсиф икация процесса межканального перем.ешивания теплоносителя по сравнению с течением в круглой трубе [9, 39, 48]. Это очень важно для теплообменных аппаратов с заметной неравномерностью поля энерговыделения (теплоподвода) в поперечном сечении пучка. Обычно для определения распределений температуры в пучках оребренных стержней применяется метод расчета элементарных ячеек с учетом эффектов обмена массой, импульсом и энергией между ними, используя для замыкания системы уравнений экспериментально определяемый коэффициент перемешивания д = С,у/С/ [48]. Однако в этом случае при большом числе стержней (труб) в пучке требуются значительные затраты счетного времени на реализацию программы расчета. Поэтому в пучках витых труб для опреде-леция полей температур теплоносителя применяется метод гомогенизации реального пучка [9, 39], который рекомендуется и для расчета температурных полей в пучках оребренных стержней. [c.93]

Как уже отмечалось, теплообменный аппарат с закрученным пучком витых труб позволяет обеспечить более равномерное поле температур в поперечном сечении пучка при азимутальной неравномерности подвода тепла благодаря дополнительному механизму переноса путем закрутки потока теплоносителя относительно оси пучка по сравнению с прямым пучком витых труб. При этом происходит интенсификация теплообмена в пучке и несколько повышаются гидравлические потери в межтрубном пространстве аппарата. Интенсивное выравнивание неравномерностей поля температур в поперечном сечении пучка повыщает надежность работы теплообменного аппарата, а интенсификация теплообмена улучшает его массо-габаритные характеристики. Для расчета полей температур в закрученных пучках требуется изучить процесс тепломассо-переноса и определить эффективный коэффициент турбулентной диффузии Лг, или безразмерный коэффициент/Г3, определяемый по (4.3) и используемый для замыкания системы дифференциальных уравнений, описывающих течение в пучке. [c.110]

Выполненное обобщение опытных данных позволило предложить зависимость для расчета нестационарного эффективного коэффициента диффузии для режимов работы теплообменных аппаратов и устройств, связанных с уменьшением тепловой нагрузки до нуля, а также при переходе с одного режима работы на другой с меньшей тепловой мощностью. Эта зависимость может быть использована для замыкания системы дифференциальных уравнений, описывающих нестациот парный тепломассоперенос в пучках витых труб для рассмотренного типа нестационарности. [c.174]

Исследование нестационарных температурных полей теплоносителя в пучках витых труб с целью определения эффективных коэффициентов диффузии АГд при увеличении и уменьшении расхода теплоносителя первоначально было проведено с быстрым изменением расхода на 12%. В этом случае исследования имеют в большой степени методический характер, так как позволяют наметить пути дальнейшего изучения процесса нестационарного тепломассопереноса для рассматриваемого типа нестационарности, имеющего большое практическое значение при эксплуатгщии теплообменных устройств. Действительно, в процессе работы теплообменного оборудования возможны флюктуации расхода теплоносителя при пос-тоянной мощности тепловой нагрузки, а также перевод аппарата с одного режима работы по расходу теплоносителя на другой. [c.174]

Обнаруженные эффекты, связанные с влиянием рассмотренных типов нестаццонарности на процесс перемешивания теплоносителя в пучках витых труб, являются благоприятными с точки зрения работоспособности теплообменных аппаратов и устройств с витыми трубами. Так, в случае значительного уменьшения расхода теплоносителя при N = onst, что возможно при аварийных ситуациях, связанных с разрывом трубопроводов и потерей теплоносителя, наблюдается увеличение коэффициента к, т.е. интенсифицируется процесс перемешивания и выравнивания неравномерностей полей температур теплоносителя в пучке витых труб, облегчая тепловые условия работы аппарата. В случае увеличения расхода теплоносителя при N = onst уменьшение коэффициента к и ухудшение перемешивания теплоносителя в первые моменты времени не отражается на работоспособности теплообменника в связи с заь етным снижением среднемассовой температуры теплоносителя. [c.181]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...