Методика расчета оптимизированной конструкции и режимов исследования модельных крупногабаритных теплообменников повышенной энергоэффективности
В статье сформулирована и приведена методика расчета высокоэффективных моделей крупногабаритных теплообменников. Выполнен анализ оптимизированной конструкции крупногабаритных теплообменников в широком диапазоне изменения диаметров трубок, чисел Рейнольдса, рабочих температур и давлений для наиболее полного гидродинамического и теплового подобия натурным условиям работы реальных аппаратов. Для повышения эффективности теплообменных аппаратов необходимо обеспечить отношение теплоперепада по длине прямого и обратного потоков теплоносителя к среднему температурному напору между этими потоками по величине не менее 30, т.е. χ = ∆Тmax/∆tcр ≥30 [1,2],
ЛИТЕРАТУРА
- Справочник по теплообменникам: / Под ред. Б.С. Петухова, В.К. Шикова. Т.1. Под ред. О.Г. Мартыненко, А.А. Михалевича, В.К. Шикова. Т.2. М.: Энергоатомиздат, 1987.
- Светлов Ю.В. Интенсификация гидродинамических и тепловых процессов в аппаратах с турбулизаторами потока: Теория, эксперимент, методы расчета. М.: Энергоатомиздат, 2003.
- Светлов Ю.В., Пранцуз О.С., Мисикевич В.В., Ларкин А.Д., Александров Д.Е. Расчетный анализ условий моделирования высокоэффективных теплообменных аппаратов, витой конструкции криогенных термостатирующих систем, Дельта науки. 2020. № 1. С. 47-53.
- Светлов Ю.В., Пранцуз О.С., Лескевич Д.Р., Алиев Г.М., Хатунцов Д.С. Оптимизация геометрических характеристик и междуслойная неравномерность распределения потоков в трехпоточном теплообменнике витой конструкции, Дельта науки. 2020. № 1. С. 53-58.
- Мигай В.К., Фирсова Э.В. Теплообмен и гидравлическое сопротивление пучков труб/ Отв. ред. К.М. Арефьев. – Л.: Наука, Ленинград. отд., 1986. – 195 с.
- Мигай В.К. Повышение эффективности современных теплообменников. – Л.: Энергия, 1980. – 144 с.
- Исследование структуры потока жидкости в кожухотрубном теплообменнике/ ВЦП. – №РМ – 67209. – 25 с. Пер. ст. Perez J.A., Sparrow E.M. из журн.: Heat Transfer Engineering, 1984, V.5, №3-4, р.56-68.
- Корреляция между теплообменом и трением вязкого течения и характеристиками поверхностей с ребрами и жалюзи/ ВЦП. – №И – 43046. – 22 с. Пер. ст. Devenport C.J. из. Журн.: AJChE Symposium. Seattle, 1983, Series, v.79, #225, p.19-27.
- Майков В.П. Об оценке эффективности внутренней структуры тепло- и массообменных аппаратов. – Теоретические основы химической технологии, 1970, т.4, №3, c.400-405.
- Расчет скорректированного среднелогарифмического температурного напора в кожухотрубных теплообменниках/Wane Blackwell W., Haydu L.J.; ЦНИИТЭнефтехим: – №10305. – 16 с. Chemical Engineering, 1981, V.88, №17, р.101-106.
- Температурная характеристика и местная плотность теплового потока в многопоточных кожухотрубных теплообменниках/Käferstein P.; Sankol B.; ЦНИДИ. –8 c. Energietechnik, 1980, V.30, №1, р.30-33.
- Коррекция средней разности температур даже при небольшом количестве отклоняющих сегментов кожухотрубного теплообменника/ ЦНИДИ. – 13 с., фотокоп., ст. Hӧtte F.W. из журн.: Brennst–Wärme – Kraft, 1979, V.31, №5, р.221-224.
- О расчете коэффициента полезного действия и средней разности температур в многоходовом кожухотрубном теплообменнике с отбойными щитками/ ВЦП. - №Б – 24124. 23 с. Пер.ст. Caddis E.S. из журн.: Verfahrenstechnik, 1978, V.12, №3, р.144-149.
- Коваленко Л.М., Глушков А.Ф. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 238 с.
- Круглова Г.С., Круглов С.А. Современные тенденции в конструировании кожухотрубчатой теплообменной аппаратуры: Обзор. – М.: ЦИНТИхимнетфемаш,1985. – 36 с. Сер. ХМ-1.
- Калафати Д.Д., Попалов В.В. Оптимизация теплообменников по эффективности теплообмена. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 150 с.
При изучении влияния неравномерности, естественно, стоит задача иметь минимальные размеры моделей при соблюдении важнейших условий моделирования высокоэффективных теплообменников. Размеры моделей и режимы испытаний при том или ином давлении могут быть определены только серией расчетов. Основой расчетов служит тот факт, что наиболее приемлемым давлением в эксперименте является давление, близкое к атмосферному. Однако, стремление к сокращению габаритов моделей приводит к необходимости работать при более высоком давлении.
Из сказанного следует, что поисковые расчеты должны заключаться в определении высоты навивки Н, гидравлических сопротивлений ∆р1 и ∆р2 для различных диаметров трубки в широком диапазоне чисел Reco при определенных допустимых давлениях. При такой постановке задачи нет необходимости в полном расчете большого количества вариантов моделей, что было бы крайне обременительно. Сначала мы рассчитываем по приближенным зависимостям высоту и сопротивления моделей, затем выбираем наиболее подходящие варианты и только тогда производим полный расчет геометрических параметров модельного теплообменника, а также указываем интервал Reco, в котором он может быть испытан.