Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Интенсификация теплообмена в газотрубных котлах с использованием профилированных поверхностей теплообмена

Диссертация: Интенсификация теплообмена в газотрубных котлах с использованием профилированных поверхностей теплообмена
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В настоящей работе приведены результаты исследования интенсификации теплообмена методом кольцевой накатки, непрерывной закрутки потока с помощью скрученной ленты и комбинированным методом, включающим в себя два предыдущих. Приведены экспериментальные и расчетные данные о влиянии лучистой составляющей на теплообмен в целом и изменении температуры газов и турбулизатора по длине трубы. Одновременное… Читать ещё >

Интенсификация теплообмена в газотрубных котлах с использованием профилированных поверхностей теплообмена (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. Методы интенсификации конвективного теплообмена
    • 1. 2. Факторы, влияющие на интенсификацию теплообмена
      • 1. 2. 1. Влияние числа Рейнольдса
      • 1. 2. 2. Влияние формы профиля кольцевой диафрагмы
      • 1. 2. 3. Влияние высоты и шага диафрагм
      • 1. 2. 4. Влияние полного шага закрутки потока ленточного турбулизатора
    • 1. 3. Интенсификация теплообмена в высокотемпературных потоках
    • 1. 4. Способы оценки эффективности различных методов интенсификации теплообмена

В настоящее время широкое распространение в малой энергетике и ЖКХ получили водогрейные газотрубные котлы малой и средней мощности, обладающие простой конструкцией и не требующие больших материальных и трудовых затрат на их монтаж и дальнейшее обслуживание при их эксплуатации. Одним из таких котлов является котёл стальной водогрейный автоматизированный КСВа-2,0 ГС «ВК-21», предназначенный для теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий с абсолютным давлением воды в системе не выше 0,6 МПа (6 кгс/см) и максимальной температурой нагрева воды — 115 °C. Основными недостатками котлов этого типа является высокая температура уходящих газов на выходе из котла при использовании гладких труб (около 350 С), низкий коэффициент теплоотдачи о^.

— 35 Вт/м К) и как следствие низким коэффициент полезного действия котла.

Около 80% внутренней поверхностью нагрева котлов данного типа составляют дымогарные трубы, поэтому наиболее действенным способом повышения эффективности их работы является интенсификация теплообмена в трубах. Это связано с тем, что основными требованиями при создании теплообменных устройств различного назначения являются обеспечение, как можно меньших объёмов, массы и энергозатрат на транспортирование рабочего вещества и в то же время как можно большей теплопередающей способности.

На сегодняшний день существует множество методов интенсификации теплообмена с использованием профилированных поверхностей: трубы с кольцевой накаткой, трубы со вставками в виде скрученной ленты (шнек, проволочные вставки), а также трубы с кольцевой накаткой с установленными в них скрученными лентами. Наибольший интерес представляют трубы с кольцевой накаткой и установленными в них скрученными лентами, по которым практически отсутствуют как экспериментальные данные, так и надежные расчетные зависимости, необходимые для определения параметров теплообмена и гидравлического сопротивления.

В случае с газотрубными котлами помимо конвективной составляющей теплообмена необходимо также учитывать лучистый поток теплоты, т.к. при температуре газов на входе в трубную часть -1200 °С заметную роль в суммарном теплообмене будет играть излучение от ленточного турбулизатора к стенке трубы.

Одновременное использование кольцевой накатки и установки скрученной ленты позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи на величину большую, чем дают отдельные методы интенсификации теплообмена. Данный эффект достигается за счёт непрерывной закрутки потока (установка скрученной ленты) и турбулизации пограничного слоя (кольцевая накатка).

Учёт лучистой составляющей и получение кривых распределения температур газа и ленточного турбулизатора по длине трубы позволит более точно определить влияние различных факторов на теплообмен.

В настоящей работе приведены результаты исследования интенсификации теплообмена методом кольцевой накатки, непрерывной закрутки потока с помощью скрученной ленты и комбинированным методом, включающим в себя два предыдущих. Приведены экспериментальные и расчетные данные о влиянии лучистой составляющей на теплообмен в целом и изменении температуры газов и турбулизатора по длине трубы.

Работа выполнена на кафедре промышленной теплоэнергетики УГТУ-УПИ. Результаты экспериментов получены на экспериментальной установке, находящейся в проблемной лаборатории УГТУ-УПИ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Предложена формула для определения конвективного коэффициента теплоотдачи при использовании профилированных поверхностей теплообмена в виде кольцевой накатки и скрученных лент, а также получены аппроксимации для определения коэффициента гидравлического сопротивления.

2. Предложена методика расчета изменения температуры газа и температуры вставки по длине трубы с учетом лучистой составляющей. Использование этой методики хорошо согласуется с экспериментальными данными.

3. Определено, что при температуре газового потока равной 300 °C, доля лучистого теплообмена составляет 25−30%, а при температуре 1200 °C достигает 40% при номинальной нагрузке котла. Использование вставок является эффективным способом интенсификации теплообмена в высокотемпературных потоках.

4. Рассмотрено влияние полного шага закрутки вставки в виде скрученной ленты на долю лучистого теплообмена. Влияние данного параметра является незначительным и составляет около 6% за счет увеличения площади вставки.

5. Применение комбинированного метода интенсификации теплообмена позволяет интенсифицировать теплообмен по отношению к гладкой трубе в 42,8 раза при h=3.5 мм S=300 мм- 3,7−2,3 раза при h=3.5 мм S=600 мм- 3−1,9 раза при h=2 мм S=300 мм- 2,5−1,6 раза при h=2 мм S=600 мм в диапазоне чисел Рейнольдса 5−103−5 104.

6. Предложена методика расчета суммарного коэффициента теплоотдачи в трубах с кольцевой накаткой и установленными в них вставками в виде скрученных лент применительно к газотрубным котла малой и средней мощности.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Справочник по теплообменникам в 2 т. Т.1. Под ред. Петухова Б. С., Шикова В. К. М.: Энергоатомиздат, 1987. 560 с.
  2. В.К. Моделирование теплообменного энергетического оборудования. Ленинград: Энергоатомиздат, 1987.
  3. В.К. Повышение эффективности современных теплообменников. Л.: Энергия, 1980
  4. А.Б., Каусов М. А. Применение профилированных труб в теплообменных аппаратах // Новости теплоснабжения. 2002. № 12. С. 3741.
  5. Zimparov V.D., PenchevP.J., Meyer J.P. Performance evaluation of tube-in-tube heat exchangers with heat transfer enhancement in the annulus // Thermal Science. V. 10. 2006. № 1. P. 45−56.
  6. Интенсификация теплообмена: Успехи теплопередачи. Т.2 / Ю. В. Вилемас, Г. И. Воронин, Б. В. Дзюбенко и др. / Под. ред. проф. А. А. Жукаускаса и проф. Э. К. Калинина. Вильнюс: Мокслас, 1988.
  7. В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева // Издательство «энергия». Москва. 966. Ленинград, 182 с.
  8. Nunner W. Warmeubergang und Druckabfall in rauchen Rohren // VDI. 1956. N455.
  9. O.Koch R. Druckverlust und Warmeubergang bei verwirbelter Stromung // VDI -Forsch. 1958. B. 469. S. 44.
  10. Э.К., ДрейцерГ.А., Ярхо C.A. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: машиностроение, 1990. 208 с.
  11. Э.К., ДрейцерГ.А., Ярхо С. А. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: машиностроение, 1972. 220 с.
  12. В.К., Новожилов И. Ф. Теплообмен в трубах с поперечными выступами // Изв. вузов. Сер. Энергетика. 1965. № 11 С. 36−43.
  13. Н.Калинин Э. К., Ярхо С. А. Влияние числа Рейнольдса и Прандтля на эффективность интенсификации теплообмена в трубах // ИФЖ. 1966. № 4. С. 426−431.
  14. И.Ф., Мигай В. К. Разработка и исследование теплообменных поверхностей с интенсивной теплоотдачей для регенераторов ГТУ большой мощности // Труды ЦКТИ. Л., 1962. № 27. С. 8−17.
  15. Н.М. Теплообмен при турбулентном течении газов у шероховатых стенок // Теплоэнергетика. 1967. № 5. С. 67−73.
  16. М.Д. Турбулентные течения в пограничном слое в трубах. М.: Наука, 1969.
  17. В.К. Теплообмен в шероховатых трубах // Известия АН СССР. 1968. № 3. С. 34−37.
  18. В. А. Интенсификация конвективного теплообмена путем создания в потоке неоднородностей давления. Дисс.. .доктора техн. наук. М.: 1987.
  19. B.C., Крюков В. Н., Солнцев Б. П. Экспериментальное исследование структуры пограничного слоя и теплообмена на шероховатой поверхности // Исследование теплообмена в потоках жидкости и газа. М.: Машиностроение, 1965. С. 55−90.
  20. В.П., Крюков В. Н. Экспериментальное исследование влияния на теплообмен формы шероховатости // Темат. сб. научных трудов МАИ. М.: 1978. Вып. 463. С. 7−10.
  21. В.П., Крюков В. Н. Экспериментальное исследование теплообмена на поверхности с шероховатостью различного относительного шага // Темат. сб. научных трудов МАИ. М.: 1978. Вып. 463. С. 3−6.
  22. Структура турбулентного потока и механизм теплообмена в каналах / М. Х. Ибрагимов, В. И. Субботин, В. П. Бобков и др. М.: Атомиздат, 1978.
  23. Влияние скругления острых выступов шероховатостей на теплоперенос и падение давления в канале / ВЦП. № М-15 887. — 21 с. Пер. ст. Sparrow Е.М., Hossfeld L.M. из журн.: International Journal of Heat and Mass Transfer, 1984, vol. 27, № 10, p. 1715−1723.
  24. Ю.В. Интенсификация гидродинамических и тепловых процессов в аппаратах с турбулизаторами потока. М.: Энергоатомиздат, 2003. 504 с.
  25. А.А. Интенсификация конвективного теплообмена искусственной шерохокватостью // Теплоэнергетика. № 3.1984. С. 10−14.
  26. А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982. 471 с.
  27. В.И. Влияние искусственной шероховатости на конвективный теплообмен: Сб. научн. трудов / Ин-т физики АН Груз. ССР. Тбилиси. 1963. Т.9. С. 111−145.
  28. Э.К., Дрейцер Г. А., Копп И. З., Мякочин А. С. Эффективные поверхности теплообмена. М.: Энергоатомиздат, 1988. 408 с.
  29. Г. А. Современные проблемы интенсификации теплообмена в каналах // ИФЖ. Т.74. № 4. 2000. С. 33−40.
  30. Г. А. Эффективность использования закрутки потока для интенсификации теплообмена в трубчатых теплообменных аппаратах // Теплоэнергетика. 1997. № 11. С. 61−65.
  31. В.К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил. М.: Машиностроение, 1980.
  32. Эффективность интенсификации теплообмена в трубах при охлаждении газа / Э. К. Калинин, Г. А. Дрейцер, В. А. Кузьминов, А. С. Неверов //Изв. АН БССР. Сер. физ.-энерг. наук. 1971. № 3. С. 52−61.
  33. Kalinin Е.К., Dreitser G.A., Yarkho S.A. The experimental study of the heat transfer intensification under conditions of forced flow in channels // Proc. JSME 1967 Semi International Symposium, 4−8th September 1967. V. 1. 1967. Tokyo. P. 65−77.
  34. В.П., Агабабов С. Г., Галин H.M. Экспериментальное исследование теплоотдачи и гидравлического сопротивления при турбулентном течении воды в трубах с искусственной шероховатостью // Тр. МЭИ. 1965. Вып. 63. С. 27−37.
  35. В.Г. К вопросу о влиянии конфигурации турбулизаторов на тепловую эффективность поверхности стенки канала // ИФЖ, 1969. Т. 17. № 1. С. 156−159.
  36. Г. А. Методика оценки эффективности интенсификации теплообмена в теплообменных аппаратах // Известия вузов. Машиностроение. № 6. 1999. С. 67−72.
  37. Ю.Г., Николаев Н. А. Оценка эффективности завихрителей потока, интенсифицирующих процесс теплообмена // ИФЖ. Т. 36. № 4. 1979. С. 653−657.
  38. Е.В., Васильев В. Я. Метод относительного сравнения гидравлической эффективности теплообменных поверхностей и теплообменников // Теплоэнергетика. № 5. 2002. С. 47−53.
  39. Д.Д., ПопаловВ.В. Сравнение эффективности теплоотдачи при течении газов в гладких и шероховатых каналах // ТЭ. № 5. 1977. С. 70−73.
  40. А.С. Лучистый теплообмен в печах и топках. М.: Металлургия, 1971.440 с.
  41. В.П., ОсиповаВ.А., СукомелА.С. Теплоотдача. М.: Энергоиздат, 1981. 417 с.
  42. БлохА.Г., Журавлев Ю. А., Рыжков Л. Н. Теплообмен излучением. М.: Энергоатомиздат, 1991. 432 с.
  43. В.П. Обработка результатов измерений. Физическая лаборатория. 41. Одесса: ОНПУ, 2002. 54 с.
  44. В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: «Энергия», 1978. 704 с.
  45. .С., Генин Л. Г., Ковалев С. А., Соловьев С. Л. Теплообмен в ядерных энергетических установках. М.: Издательство МЭИ, 2003. 470 с.
  46. И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. 559 с.
  47. Ю.Ф., Олимпиев В. В., Байгалиев Б. Е. Теплогидравлический расчет и проектирование оборудования с интенсифицирующим теплообменом // Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та. 2004. 432 с.
  48. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). Издание 3-е, переработанное и дополненное. Издательство НПО ЦКТИ, СПб, 1998. 256 с.
  49. Н.А., Мунц В. А., Мудреченко А. В. Оптимизация тепловых характеристик газотрубных котлов. // Энергосбережение и водоподготовка. 2007. № 4. С. 49−51.
  50. Н.А., Мунц В. А., Мудреченко А. В. Повышение эффективности работы газотрубных котлов за счет использования профилированных поверхностей теплообмена. // Промышленная энергетика. 2007. № 9. С. 2830.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!