Некоторые методы интенсификации теплообмена
Для интенсификации конвективного теплообмена в ламинарной и переходной областях в трубах большой протяженности применяют шнековые и другие завихрители, обеспечивающие тангенциальную закрутку потока [3,67]. В переходной области перед входом в каналы протяженностью около длины начального гидродинамического участка и менее устанавливают решетки, шайбы и другие устройства, повышающие турбулентность потока [86]. Искусственно прерывают развивающийся ламинарный или турбулентный пограничный слой во входных участках каналов или ламинарный подслой в переходной и турбулентной областях, применяя короткие трубы и каналы, плоское прерывистое и жалюзийное (рис. 2.27,а), проволочное или стерженьковое (рис. 2.8,г,6 2.10, е) оребрение [15, 18, 30, 36, 50], диффузорно-конфузорные трубы и каналы, трубы с шайбовым и поперечно-спиральным внутренним оребрением и другие поверхности с искусственной дискретной шероховатостью (рис. 2.27, б–д).В ламинарной и турбулентной областях уменьшают поперечные размеры каналов, в том числе с помощью продольного внутреннего оребрения. В переходной области этот метод неприемлем, так как вызывает снижение коэффициентов теплоотдачи. Оребрение поверхности не ведет к интенсификации теплообмена, если протяженность ребер в направлении потока больше, чем протяженность оребряемой стенки; Например, в поперечном потоке коэффициенты теплоотдачи труб с поперечными круглыми, спиральными или пластинчатыми гладкими ребрами ниже, чем гладких.
Рис. 2.12 Эффективные поверхности нагрева:
а – с прерывистым плоским (Плр) и жалюзнйным (Жр1 – Жр5) оребрением; б – диффузорно-конфузорная труба; в – волнистый канал, образованный гофрированными пластинами; г – труба с внутренним поперечным шайбовым оребрением; д – профильно-витая труба с накатными поперечно-спиральными элементами шероховатости.
Теплообмен интенсифицируют, повышая скорость теплоносителей, увеличивая радиационную составляющую, запыляя потоки прозрачных для инфракрасного излучения воздуха и других двухатомных газов твердыми частицами и подмешивая в них трехатомные и многоатомные газы. При кипении жидкостей добиваются увеличения числа центров парообразования, большего перегрева жидкости у поверхности кипения, улучшения условий отвода пара, уменьшения доли поверхности пузырей, контактирующей с более холодными слоями жидкости. Для этого применяют ребристые трубы и каналы, поверхности с пористым покрытием, организуют кипение в тонких пленках жидкости, во взвешенных слоях твердых частиц и т. п. [28, 36, 48]. При конденсации пара стремятся уменьшить термическое сопротивление пленки конденсата, для чего организуют процесс в каналах 6 малыми поперечными размерами, повышают скорость движения пара, осуществляют отсос конденсата через пористые покрытия поверхности, улучшают условия его отвода с помощью сил поверхностного натяжения, выполняя на поверхности канавки, покрывают поверхность гидрофобными веществами, ухудшающими смачиваемость поверхности, для перехода от пленочной к- капельной конденсации [28, 36, 58].