Исследование основных характеристик плосколистовых компактных теплообменников

• Автор: Яковлев, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ.

Перечень условных обозначений

1. Введение

2. Плосколистовой пластинчатый теплообменник

3. Обзор исследований теплоотдачи и гидравлического сопротивления в компактных теплообменниках

4. Методика проведения эксперимента и экспериментальная установка

5. Анализ экспериментальных результатов и их обработка

5.1. Гидравлическое сопротивление

5.2. Теплоотдача

6. Оценка погрешности полученных результатов

7. Сравнительная оценка энергетической эффективности исследованной теплопередающей поверхности
8. Реализация результатов работы
Выводы
Список использованной литературы

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
РР - скорость, м/с
IV - массовая скорость, кг/м2с
г - шаг прорезей, м
Ъй- шаг прорезей в направлении движения потока, м К - ширина прорези, м - К
к = относительная ширина прорези 8- толщина листа, м
8=-- относительная толщина листа Ъ
у - угол наклона прорезей,0 е - удельный свободный объем, м3/м~’
/уд - удельная поверхность (компактность), м2/м3 4<г
с1эк= — - эквивалентный диаметр

N11 - критерий Нуссельта Ые - критерий Рейнольдса Рг - критерий Прандтля Ей - критерий Эйлера Бг - критерий Стентона
ау - объемный коэффициент теплоотдачи, Вт/м3-°С а - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2-°С X - температура,-°С т - время, с Р - давление, Па Г- фактор трения
| - коэффициент гидравлического сопротивления £ - коэффициент местного сопротивления

1. ВВЕДЕНИЕ
Теплообменные аппараты относятся к основным элементам криогенной и холодной техники, без которых невозможна реализация систем, обеспечивающих получение низких температур. В теплообменниках протекают физические процессы, обеспечивающие обмен тепловой энергией между потоками вещества с различной температурой. Эти процессы в решающей степени определяют эффективность той или иной установки, обеспечивающей получение низких температур. В области низких температур возникает целый ряд дополнительных требований к теплообменным аппаратам, которые привели к разработке и внедрению в практику высокоэффективных компактных теплообменников различного типа. Такие теплообменники позволяют существенно понизить потери, обусловленные термодинамической необратимостью процесса теплообмена в тем большей степени, чем ниже рабочие температуры относительно температуры окружающей среды.
Процесс теплообмена всегда сопровождается потерей давления вследствие гидравлического сопротивления элементов теплообменника, что приводит к ухудшению характеристик низкотемпературной системы.
Очевидно, что для улучшения характеристик низкотемпературных систем теплообменник должен иметь возможно малые потери давления и потери от необратимости. Улучшение этих характеристик требует увеличения площади поверхности теплообмена и уменьшения скорости теплоносителей, что, в свою очередь, приводит к увеличению массы и стоимости теплообменника и увеличению потерь от теплопритоков из окружающей среды. Отсюда проистекает постоянная тенденция к созданию компактных теплообменников с высокими величинами

Для витых аппаратов со спиральными накатными ребрами и свободной навивкой при dB/dH=4.7/6.1 в диапазоне чисел Рейнольдса 1000-5000 те же уравнения имеют вид:
Nu=0.0133Re°'89, (3.15)
Eu=ml0/Re°’27 (3.16)
В этом случае за характерный размер принимается наружный диаметр трубки, несущий оребрение.
Для витых аппаратов из трубок, оребренных проволокой в диапазоне чисел Re 20-5000 действительны следующие зависимости:
Nu=0.168Re0,7Pr°'33 (3.17)
f= 12.8/Re0'64 (3.18)
при Re=20-100n
f= 2.65/Re03 (3.19)
при Re=100-5
За определяющий размер при этом принимался эквивалентный
4^’ з з
диаметр d3K= —, где є - удельный свободный объем (м /м ) навивки, по

которому так же определяют среднюю скорость потока.
Уравнения (3.13) - (3.19) широко используются в расчетной практике. Можно было бы рассмотреть много других зависимостей, однако они принципиально мало чем отличаются от приведенных.
Как и в случае пластинчатых теплообменников, показатели степени при критерии Re в уравнениях, описывающих гидравлическое сопротивление и теплоотдачу, отличаются от таких показателей, характерных для гладких каналов.
Уравнения (3.13) и (3.15) свидетельствуют о более интенсивном развитии турбулентности с увеличением скорости потока теплоносителя, чем это имеет место в гладких каналах.
Уравнения (3.14) и (3.16) имеют множитель пт равный количеству слоев навивки в направлении движения потока. Введение этого