2.2. Влияние технологии изготовления оребренных поверхностей на расчет и интенсивность теплообмена

Развитие поверхностей нагрева за счет оребрения часто рассматривают как один из методов интенсификации теплообмена. В принципе это правильно, если речь идет об увеличении удельной теплопередающей способности стенки, разделяющей греющую и нагреваемую среды. Действительно, при увеличении поверхности стенки общее количество передаваемой через нее теплоты может существенно возрасти. Оребрение теплообменной поверхности целесообразно, если коэффициент теплоотдачи одного из теплоносителей намного больше другого, т.е. ₁  ₂, или термическое сопротивление стенки намного меньше конвективных термических сопротивлений, т.е. _СТ_СТ  1₁ и _СТ_СТ  1₂. В первом случае поверхность оребряют со стороны теплоносителя с худшими условиями теплообмена, во втором 

с обеих сторон.

Однако увеличение поверхности за счет оребрения не всегда ведет к увеличению коэффициентов теплоотдачи. В ряде случаев теплообмен ухудшается, на что выше было обращено внимание при анализе методов интенсификации теплообмена в трубах с поперечно-спиральными ребрами. В частности, у таких труб с неразрезными ребрами при коэффициентах оребрения 15…20 интенсивность теплоотдачи по сравнению с гладкими трубами при поперечном обтекании примерно в 1,3…1,5 раза ниже. Впервые на это было обращено внимание А.М. Бакластовым. Дополнительным фактором, снижающим эффективность ребристых поверхностей, является термическое сопротивление ребер, оцениваемое с помощью эффективности или КПД ребра. Например, для круглых ребер КПД определяют по зависимости вида[19]

_p f ( (2)^0,5; D/d_o), (2.14)

где коэффициент теплоотдачи на поверхности ребра;,коэффициент теплопроводности материала ребра и его толщина;Dнаружный диаметр ребра;d_o наружный диаметр трубы.

Для прямых ребер D/d_o  1, для прямоугольных и пластинчатых определяют диаметр эквивалентного ребра, площадь поверхности которого принимают равной фактической величине поверхности ребра, приходящейся на одну трубу пучка. Если толщина ребра переменна (трапециевидные, треугольные и т.п. ребра), то в зависимость для _p вводят соответствующие поправки. В ряде случаев принимают во внимание изменение интенсивности теплоотдачи по высоте ребра, качество контакта ребра и стенки [24]. С учетом термического сопротивления ребер интенсивность теплоотдачи на ребристой поверхности характеризуют так называемым приведенным коэффициентам теплоотдачи, который в простейшем случае (при идеальном контакте ребра и стенки, неизменном коэффициенте теплоотдачи на поверхности и т.д.) равен



- 35 -

_{п р} _о   [1  F_р/F (1_р)], (2.15)

где F_р иFповерхность ребер и всей ребристой поверхности.

Формулы, в которых учтено влияние дополнительных факторов, см. в [24]. При выборе способа оребрения поверхности и метода интенсификации теплообмена немаловажную роль играют технологичность, т.е. возможность изготовления, и эксплуатационные характеристики аппарата.

На рис. 2.8, а показаны трубы с поперечно-спиральным оребрением, изготавливаемым навивкой на трубу стальной или медной ленты шириной до 10 мм с последующей пайкой погружением в ванну с расплавленным цинком или другим припоем. Коэффициент оребрения таких труб  = 10. Они широко применяют в воздухоохладителях холодильных камер, калориферах систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, сушильных установок. Их недостаток  большой расход дефицитного припоя.

В настоящее время в отечественной промышленности освоен выпуск моно- и биметаллических труб с поперечно-спиральным оребрением (см.

рис. 1.8, б и в). Их изготавливают из стали, меди, латуни, алюминия. Высокая пластичность алюминия позволила довести коэффициенты оребрения таких труб до  = 20. В последние годы получили также распространение трубы с завальцованными в канавку (рис. 1.8, г) и L-образными (рис. 1.8, д, е) поперечно-спиральными ребрами из алюминиевой ленты, навиваемой на трубы из стали, алюминия и других материалов. У этих труб коэффициенты оребрения достигают значений  = 22 при толщине ребра 0,3 мм [24, 37].

Биметаллические трубы со стальной внутренней трубой и ребристой алюминиевой рубашкой применяют, как правило, в тех случаях, когда жидкость, проходящая по трубам, находится под высоким давлением. Их недостаток  дополнительное контактное сопротивление. Как показали исследования, выполненные в МЭИ, величина этого сопротивления определяется термическим сопротивлением микрозазоров между наружной стенкой несущей трубы и внутренней поверхностью ребристой оболочки, заполненных обычно воздухом или остатками консистентной смазки, которая применяется при прокатке.

Моно- и биметаллические трубы с накатным и навивным алюминиевым оребрением в основном идут на аппараты воздушного охлаждения [24,37]. Из-за различия температурного расширения стали и алюминия возможно нарушение контакта между трубой и навитыми ребрами или ребристой оболочкой. Трубы с L-образными ребрами рекомендуется использовать при температуре охлаждаемой воздухом среды не более 120 С, биметаллические  до 280 С, а с ребрами, завальцованными в канавку  до 330 С. Однако попадание агрессивных паров и жидкостей в зазор между поверхностью

- 36 -

ребра и канавки вызывает интенсивную электрохимическую коррозию в зоне контакта и практически исключает возможность применения этого типа ребристых труб при омывании воздухом, загрязненным парами кислот, щелочей и т.п.

Д

- 37 -

ля воздухоохладителей и конденсаторов холодильных установок, теплообменных аппаратов автономных кондиционеров, калориферов часто изготавливают трубы с насадными, круглыми, прямоугольными и общими для нескольких труб или для всего пучка пластинчатыми ребрами. Контакт между трубой и ребром в этом случае обычно обеспечивается за счет натяга, который создает в процессе посадки ребер на трубы или при протягивании через трубу шарика, диаметром большим, начального диаметра трубы (дорнование). Иногда этого достигают подачей жидкости в трубы под давлением (опрессовка). Для соединения таких ребер с трубой используют также методы пайки, сварки и электрохимического покрытия [24, 27]. В промышленных установках также получили распространение трубчатые электронагреватели (ТЭН), в том числе с оребренной наружной поверхностью. Наружный диаметр трубы – 13,4 мм, диаметр ребер – 33…34 мм. Длина ТЭН от 40 до 280 см. Материал трубки и ребер – сталь углеродистая и нержавеющая.