РАЗДЕЛ 2
Теоретический анализ возможных режимов работы двухфазных теплопередающих
устройств змеевикового типа и анализ эффективности теплообменных типа газ-газ
2.1. Анализ теплотехнической эффективности теплообменных аппаратов
на основе испарительных термосифонов
Известны значительные достижения в определении новых типов и форм поверхностей
теплообмена с различными конструктивно-технологическими средствами
интенсификации теплообмена. Отработаны технологии производства многих вариантов
компактных и суперкомпактных поверхностей теплообмена.
Вместе с тем, для многих масштабных отраслей промышленности, таких как большая
и промышленная теплоэнергетика, химическая и нефтехимическая промышленность и
др. “свои позиции” сохраняют трубчатые теплообменные аппараты без оребрения,
без применения средств интенсификации теплообмена и т.д. Анализ ситуации, в
которых имеет место такое положение, показывает, что это теплообменные аппараты
типа газ-газ с большими объемными расходами газовых потоков и с ограничениями
по аэродинамическим сопротивлениям.
Во многих случаях такое положение соответствует наилучшему технологическому
решению или близко к нему. В тех случаях, когда отказ от традиционных
конструкций тепломассообменных аппаратов объективно выгоден, обоснованность
положения о предпочтительности гладкостенных поверхностей оребренными зачастую
остается неизвестной, что связано, обычно, с отсутствием соответствующих
расчетно-теоретических исследований.
Такое положение, в определенной мере, может быть оправдано для традиционных
конструктивно-технологических форм теплообменников, для которых накоплен
крупномасштабный представительный инженерный опыт.
По другому обстоит дело в тех случаях, когда возникают новые перспективные
технологии в теплотехнике, накопление инженерного опыта по применению которых
требует длительного времени и значительных материальных затрат.
К числу таких новых технологий в сфере конструирования ТА и теплоотводящих
устройств, в первую очередь, следует отнести:
- технологии, основанные на применении тепловых труб;
- технологии, связанные с применением в качестве теплообменных элементов
капиллярных каналов.
Использование ТТ с малыми характерными размерами поперечных сечений объединяет
обе названные технологии.
Таким образом, поскольку переход к малым размерам теплопередающих элементов,
как правило, сулит выигрыш в массогабаритных и стоимостных показателях,
существенный интерес представляет объективное сопоставление возможностей
теплообменных аппаратов типа газ-газ на основе испарительных термосифонов
традиционной геометрии с внешним развитым оребрением для зон нагрева и
охлаждения и с достаточно большими размерами поперечных сечений (внутренними
диаметрами от 0,02 до 0,05 м) в сравнении с теплообменниками на основе
гладкостенных ИТС, но весьма малых размеров поперечных сечений (с внутренними
диаметрами трубок от 1-2 мм до 5-6 мм).
Известно, что уменьшение диаметра труб при поперечном их обтекании благоприятно
влияет на рост интенсивности теплоотдачи, при не столь существенном росте
аэродинамических сопротивлений как это имеет место для условий течения в
каналах.
Поскольку в неоребренных ИТС, применяемых для теплообменных аппаратов типа
газ-газ термические сопротивления процессу теплопереноса в зонах нагрева и
охлаждения полностью определяются внешней стороной, то с этой точки зрения
целесообразно стремиться к предельной минимизации внутренних диаметров ИТС.
На этом пути возникают определенные проблемы.
При уменьшении внутренних диаметров с одновременным отказом от внешнего
оребрения будет возрастать в десятки раз количество ИТС, обеспечивающих
заданные параметры теплопереноса.
Пропорционально росту количества ИТС будут расти трудозатраты на изготовление
теплообменного аппарата, соответственно будет снижаться экономический эффект от
перехода к ИТС малых диаметров. Поэтому, эффективность такого мероприятия, как
уменьшение диаметров ИТС для применения в теплообменниках газ-газ зависит от
возможности одновременно уменьшая диаметр ИТС не увеличивать их количество т.е.
не увеличивать объемы трудозатрат на изготовление ИТС, включая такие операции
как внутреннюю очистку поверхностей, дегазацию, заправку, герметизацию,
контроль и т.д.
Такое технологическое решение возможно, если использовать, прошедшие
технологическую апробацию, такие устройства как коллекторные ИТС или
пульсационные тепловые трубы, которые можно определить и как змеевиковые ИТС.
Некоторый положительный опыт исследований работоспособности таких устройств
известен [27-30, 61-67] и свидетельствует о том, что такие формы ИТС могут
успешно работать в качестве теплопередающих элементов ТА.
Естественно, что при переходе от традиционного теплообменного аппарата на
основе индивидуальных ИТС к теплообменникам на основе коллекторных (или
змеевиковых) ИТС трудозатраты на изготовление этих устройств для аппаратов с
одинаковой поверхностью теплообмена, уменьшаются во столько раз, сколько
индивидуальных ИТС объединяется в одном коллекторном ИТС или в одном
змеевиковом ИТС.
Такое объединение приводит к установлению для всех элементов коллекторного
(змеевикового) ИТС единого внутреннего объема с общим давлением и температурой
в паровом пространстве.
При этом некоторым образом снизится эффективность работы теплообменника.
В связи с этим возникают следующие вопросы:
1. Насколько понижается эффективность, производительность работы
теплообменников типа газ-газ при переходе от индивидуальных к коллекторным или
змеевиковым ИТС (КИТС).
2. Возможно ли такое применение КИТС, которое не будет приводить к сни
- Київ+380960830922