Энерго- и ресурсосбережение путем повышения тепловой и гидродинамической эффективности пластинчатых теплообменников ленточно-поточного типа

• Автор: Мусин, Ильдар Раильевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 158 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Условные обозначения

Введение

Глава 1 Состояние вопроса о теплообмене и гидравлическом

сопротивлении в профилированных каналах.

1.1 Модели и методы расчета теплоотдачи и трения в каналах

с интенсификацией теплообмена

1.1.1 Теплоотдача и трение в каналах с поперечными

кольцевыми выступами

1.1.2 Теплоотдача и трение в каналах с поперечными кольцевыми канавками

1.2 Методы расчета теплообмена и гидравлического

сопротивления в волнообразных каналах пластинчатых теплообменников ленточнопоточного типа.
1.3 Результаты исследования теплогидравлических
характеристик межпластинных каналов.
Глава 2 Экспериментальное исследование теплообмена и
гидродинамики в несимметричных синусоидальных каналах.
2.1 Задачи исследования.
2.2 Описание экспериментальной установки
2.3 Проведение эксперимента для определения
коэффициентов теплоотдачи.
2.3.1 Описание метода регулярного теплового режима.
2.3.2 Проведение эксперимента по теплообмену и обработка полученных результатов.
2.4 Определение потерь давления и гидравлического
сопротивления.
2.5 Дымовая визуализация структуры потока в каналах
Глава 3 Численное моделирование теплообмена и гидродинамики в
пластинчатых теплообменниках с волнообразными каналами
3.1 Цели и задачи численного моделирования.
3.2 Построение расчетной сетки.
3.3 Описание математической модели турбулентного течения.
КоТ модель турбулентности
3.4 Апробация различных моделей турбулентности.
Глава 4 Влияние геометрии межпластинного канала на его
теплогидравлические характеристики
4.1 Извилистое и диффузорконфузорное течения в каналах
4.2 Алгоритм получения обобщенных уравнений
4.3 Определение и для синусоидальных каналов в случае
диффузорконфузорного течения.
4.4 Определение М и для синусоидальных каналов в случае
извилистого течения.
4.5 Оценка эффективности интенсификации теплообмена
4.6 Частный случай нарушения Аналогии Рейнольдса в
пользу переноса тепла в диффузорконфузорном канале.
Глава 5 Применение модели ламинарного прерывистого подслоя к
описанию течения в профилированном канале
5.1 Расчет теплогидравлических характеристик на основе
модели прерывистого подслоя в турбулентном пограничном слое при развитом течении в трубе
5.2 Вывод зависимостей по сопротивлению и теплообмену на
основе модели прерывистого подслоя универсального и логарифмического профиля скоростей
5.3 Кекр для каналов с интенсификацией теплообмена
Глава 6 Практическое применение результатов исследования
6.1 Апробация полученных решений на примере реальных ПТ
6.2 Расчет пастеризационноохладительной установки.
6.3 Оценка потенциала энерго и ресурсосбережения на
примере молочной промышленности
6.3.1 Расчет годовой экономии топлива
6.3.2 Расчет технологического топливного числа
теплообменника.
Выводы
Список литерату


В этом методе, в отличие от большинства предложенных, сравниваются не площади поверхности теплообмена /% а объёмы теплообменников V, то есть рассматривается коэффициент Ку, что представляется более целесообразным. Ке)/ ? Ке)]'’ ^7 где р = т/(3-к); тик- показатели степени при числе Яе в критериальных уравнениях соответственно для теплообмена и сопротивления. Поэтому, для использования этого метода оценки эффективности, необходимо заведомо знать критериальные выражения для определения Ш и ? Отметим, что существует альтернативный метод сравнения теплогидравлической эффективности интенсификации теплообмена в каналах, который и будет использован в работе. Здесь нужно руководствоваться условием, что N и ? В работе [9] отмечено, данный метод оценки реализуем в каналах теплообменных поверхностей любых типов конструкций. В работе проведено экспериментальное, численное и теоретическое исследование теплообмена и гидравлического сопротивления каналов синусоидального профиля. Такая форма профиля создает в потоке переменные поля давлений, вызывающих направленное действие вторичных течений возле теплопередающих стенок. Благодаря формам поверхности повышается уровень турбулентности в пограничном слое, создаются отрывы и вторичные пристенные течения []. Полученные в работе результаты показывают, что использование синусоидального профиля при определенных геометрических соотношениях является рациональным способом интенсификаций теплообмена. Это подтверждает тот факт, что на сегодняшний момент в пластинчатых теплообменниках (ПТ) преимущественно используется синусоидальный профиль теплообменных пластин (ПТ типа free flow российской компании «Машимпекс», ПТ ленточно-поточного типа Альборн и др. ПТ ленточно-поточного типа Alfa Laval PI5), трапецеидальные рифли (ПТ фирмы APV-JORK). Можно также привести примеры применения волнистых гофров для теплообменных поверхностей пластинчатых теплообменников систем отопления и кондиционирования [], рекуператоров в металлургической промышленности, охладителей воздуха турбонаддува в газопоршневых агрегатах []. Не вызывает сомнений тот факт, что степень эффективности интенсификации теплообмена непосредственно зависит от выбранной геометрии канала, а также от режимных характеристик процесса. Актуальность работы. Вместе с тем, все большее распространение в промышленности и объектах ЖКХ получают пластинчатые теплообменники. Процесс передачи тепла в таких аппаратах происходит в межпластинных каналах сложной геометрии, где течение теплоносителя носит, как правило, отрывной характер. Поэтому, на данный момент имеются только критериальные зависимости, полученные на основе эмпирических данных. Они справедливы лишь для отдельно взятых каналов с определенными геометрическими характеристиками и для узкого диапазона режимных параметров [,]. Учитывая практическую значимость и сложность проблемы, следует признать исследование теплообмена и гидродинамики в пластинчатых теплообменниках актуальной задачей. Целью диссертационной работы является повышение эффективности и получение обобщенных зависимостей для расчета теплопереноса и гидравлических потерь пластинчатых теплообменников ленточно-поточного типа с теплообменными пластинами волнообразной (синусоидальной) формы. Исследование структуры потока методом дымовой визуализации. Численное моделирование теплообмена в каналах ПТ ленточно-поточного типа. Поиск наиболее точно описывающей течение в таких каналах модели турбулентности и определение топологии расчетной сетки. Сравнение результатов с экспериментальными данными. Проведение численного исследования каналов синусоидального профиля с различными геометрическими характеристиками для оценки их влияния на теплообмен и гидравлическое сопротивление. Получение обобщающих результатов в виде критериальных зависимостей. Расчет ПТ с их применением. Определение факторов, влияющих на теплогидравлическую эффективность теплообменников. Определена наиболее подходящая, адекватно описывающая процессы переноса тепла и массы в синусоидальных каналах ПТ модель турбулентности. Выработаны критерии правильности построения расчетной сетки. Определено влияние геометрических и режимных факторов на теплогидравлическую эффективность исследуемых каналов.