Способы интенсификации теплоотдачи в каналах

Иногда значения коэффициента теплоотдачи, достигнутые при течении потока в прямых гладких трубах, нс могут считаться удовлетворительными. В таких случаях можно использовать различные способы интенсификации теплоотдачи в каналах: закрутку потока; применение искусственных средств выработки турбулентности в потоке, например, с помощью организованных вихревых структур; наложение колебаний давления и расхода; механические вибрации; разрушение или отсос пограничного слоя и т. д.

Колебания давления, в том числе и звуковые, могут быть эффективным средством интенсификации теплоотдачи в условиях свободной конвекции. Метод интенсификации теплоотдачи путем закрутки потока наиболее эффективен в ламинарной области течения и может быть реализован в змеевиках, а также в прямых трубах при условии установки в них закрученных лент, шнеков, лопаточных завихрителей и т.и.

При движении потока в змеевиках под действием центробежных сил происходит деформация профиля скоростей в сечении канала и возникает вторичная циркуляция (макровихри), увеличивающая степень турбулизации ядра потока, что способствует интенсификации теплопереноса.

В ламинарной области течения макровихри возникают при.

где D_:m — диаметр гиба (закругления) трубопровода (змеевика).

Переход к турбулентному течению с макровихрями происходит при.

Формула (9.11) охватывает диапазон D_3M / d_BH = 6−24; в области D_:m / d_BH = = 10−250 более пригодно уравнение.

Теплоотдача капельных жидкостей в диапазонах изменения Re = 63-(2,6 х х Ю⁴).

при ламинарном течении с макровихрями описывается уравнением.

При турбулентном течении с макровихрями в диапазонах изменения Re = (8 • 10³)-(7 • 10⁴), Ц_ш/ d_mi = 6,2−104.

а в диапазона* мчмрнрния Rp > Rp _л = 1 ЯП .юз л /И = Яч-90.

где Nu,-л — число Нуссельта, определяемое для прямой гладкой трубы по (9.6).

Расчеты, но (9.15) показывают, что по сравнению с прямыми гладкими трубами коэффициент теплоотдачи в змеевиках может быть больше на 30—40% при прочих равных условиях. Заметим, однако, что при этом гидравлическое сопротивление змеевиков возрастает в 1,7—2,5 раза.

Близкие к приведенным количественные оценки эффекта интенсификации теплоотдачи и увеличения гидравлического сопротивления обеспечивают применение закрученных лент и шнеков в прямых каналах. К этому следует добавить, что одновременно с искажением профиля скорости имеет место искажение температурного поля потока в винтовом канале. В результате действия центробежных сил на периферию винтовых вихрей, т. е. к стенкам канала, отбрасывается более холодная жидкость, а в центре собирается более горячая с меньшей плотностью. Этот эффект способствует интенсификации теплоотдачи при нагреве и ухудшает ее при охлаждении потока.

При переходном и турбулентном режимах течения предпочтительны такие способы интенсификации теплоотдачи, которые приводили бы к соизмеримому росту гидравлического сопротивления. Другими словами, выработка турбулентности должна значительно превышать диссипацию энергии, которая возникает при распаде вихревых структур и приводит к росту гидравлического сопротивления, так как на подпитку ослабевающих вихрей нужен непрерывный подвод энергии извне.