1. 3. 4. Интенсификация теплообмена в трубчатых теплообменниках

Следствием интенсификации процессов теплообмена является увели­чение коэффициента теплопередачи, который при чистых поверхностях теплообмена определяется коэффициентами теплоотдачи со стороны греюще­го и нагреваемого теплоносителей. Во многих случаях физико-химические свойства применяемых теплоносителей существенно различаются, не оди­наковы их давление и температура, коэффициенты теплоотдачи. Так, значе­ние коэффициента теплоотдачи со стороны воды = 2000...7000 Вт / (м²К), со стороны газового теплоносителя< 200 Вт / (м²К), для вязких жид­костей= 100...600 Вт / (м²К). Очевидно, что интенсификация тепло­отдачи должна осуществляться со стороны теплоносителя, имеющего малое значение коэффициента теплоотдачи. При одинаковом порядке значений коэффициентов теплоотдачи теплоносителей интенсификация теплоотдачи может осуществляться с обеих сторон поверхности теплообмена, но с уче­том эксплуатационных и технических возможностей.

Обычно интенсификация теплоотдачи связана с ростом затрат энергии на преодоление увеличивающихся гидравлических сопротивлений. Поэтому одним из главных показателей, характеризующих целесообразность интен­сификации теплоотдачи в теплообменниках, является ее энергетическая эффективность. Повышение интенсивности теплоотдачи должно быть соизмеримо с увеличением гидравлических сопротивлений.

Применяют следующие основные способы интенсификации теплообме­на:

• конструирование шероховатых поверхностей и поверхностей слож­ной формы, способствующих турбулизации потока в пристеночном слое;

• использование турбулизирующих вставок в каналах;

• увеличение площади поверхности теплообмена путем оребрения;

• воздействие на поток теплоносителя электрическим, магнитным, и ультразвуковым полями;

• турбулизацию пристеночного слоя путем организации пульсаций скорости набегающего потока и его закрутки;

• механическое воздействие на поверхность теплообмена путем ее вращения и вибрации;

• применение зернистой насадки как в неподвижном, так и в псевдоожиженном состоянии;

• добавление в теплоноситель твердых частиц или газовых пузырьков.

1. 3. 5. Пластинчато-ребристые теплообменники

Этот тип теплообменников относится к числу наиболее компактных аппаратов благодаря развитой поверхности теплообмена в ограниченном объеме ТА. Пластинчато-ребристые теплообменники выпускаются с реб­рами различной конфигурации. Наиболее распространены ребристые по­верхности, образующие треугольные и прямоугольные каналы для дви­жения теплоносителей (рис. 1.25). Отдельный элемент такого теплообменника состоит из пластины 7, на которую накладывается насадка 2 — гофрированный или рассеченный лист (рис. 1.26) с той или иной конфи­гурацией гофр. С боковых сторон элемент закрыт специальными проставками 3 (рис. 1.25). Элементы складывают в пакеты, которые сжимают в специальном приспособлении, и пайкой или сваркой собирают неразбор­ный блок. В результате образуются две группы каналов небольшого размера, предназначенных для движения теплоносителей.

В качестве материала пластинчато-ребристых ТА при значениях температуры от криогенных до 250 С обычно используют сплавы алюминия, при 250...480 С - углеродистую сталь, а при 250...650 С - титан и коррозионностойкую сталь. В ТА из алюминиевых сплавов, предназначенных для жидкостей и водяного пара, высота ребер составляет 3...7 мм, для газообразных сред — 7...15 мм. Толщина ребер 0,1...0,8 мм, пластины 0,7... 1,5 мм. В таких ТА полная площадь поверхности теплообмена, отнесен­ная к единице объема, ограниченного двумя параллельными листами с развитой поверхностью, составляет 620...1840 м²/м³, причем доля поверх­ности оребрения достигает 50...90 % площади полной поверхности.

В пластинчато-ребристых теплообменниках могут быть осуществлены прямоток, противоток и перекрестный ток. Пакеты с различной ориен­тацией каналов обеспечивают перекрестно-точную (рис. 1.25, а, б), и противоточную (рис. 1.25, в) схемы движения теплоносителей.