Введение к работе
Актуальность работы
Испарительные теплообменники нашли широкое применение в нефтяной, химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности для испарения технических сред. Они используются в системах очистки технологической воды, для охлаждения растворов и жидких сред, в различных теплотехнологических установках и для решения других разнообразных технических задач. Характерной особенностью всех этих аппаратов является кипение нагреваемого теплоносителя.
С целью решения задач энергосбережения при эксплуатации теплотехнических установок, в состав которых входят испарительные теплообменники, необходимо снижать температурный напор между циркулирующими в них теплоносителями, а значит повышать интенсивность теплообмена.
Теоретические и экспериментальные исследования академика РАН А.И. Леонтьева и его сотрудников (МГТУ им. Н.Э. Баумана), а также работы других авторов показали, что осуществление процесса кипения в щелевых каналах, с величиной зазора между стенками, не превышающей капиллярной постоянной кипящей жидкости позволяет существенно увеличить коэффициент теплоотдачи. Вместе с тем использование этого метода накладывает и определенные ограничения.
Одним из перспективных вариантов, позволяющих решить проблему ограничения конструктивной высоты поверхности теплообмена капиллярных щелевых каналов, является использование клиновидных каналов, расширяющихся в поперечном направлении и имеющих наклон поверхности теплообмена к горизонту.
Целью настоящей работы является:
Теоретическое и экспериментальное исследование теплообмена в зоне кипения рекуператора с наклонными к горизонту в продольном и поперечном направлениях клиновидными капиллярными щелевыми каналами, расширяющимися в поперечном направлении, для обоснованного выбора их конструктивных и геометрических параметров, и расчета интенсивности теплоотдачи при конструировании испарительных теплообменников.
Основными задачами работы являются:
Разработка соотношений для расчета теплоотдачи в зоне кипения рекуператора с наклонными к горизонту в продольном и поперечном направлениях клиновидными капиллярными щелевым каналами, в условиях эвакуации пара через боковой торец канала.
Экспериментальное исследование теплообмена в зоне кипения рекуператора с наклонными к горизонту в продольном и поперечном направлениях клиновидными капиллярными щелевыми каналами, и его сопоставление с результатами теоретического анализа.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработаны расчетные соотношения для определения коэффициента теплоотдачи в зоне кипения рекуператора с наклонными к горизонту в продольном и поперечном направлениях клиновидными капиллярными щелевыми каналами. Определены пределы их применимости по диапазону изменения чисел Лапласа, Галилея, модифицированных чисел Рейнольдса, Релея и двух безразмерных параметров, характеризующих геометрию клиновидного канала, а также продольный и поперечный углы его наклона к горизонту.
Получены опытные данные по интенсивности теплоотдачи в зоне кипения рекуператора с наклонными к горизонту в продольном и поперечном направлениях клиновидными капиллярными щелевыми каналами, расширяющимися в поперечном направлении.
Выявлены области режимных и геометрических параметров, в которых целесообразно использовать наклонные к горизонту в продольном и поперечном направлении клиновидные капиллярные щелевые каналы.
Проведен сравнительный анализ результатов эксперимента и теоретических данных, показавший, что они удовлетворительно согласуются.
Показано что использование в пластинчатых испарительных теплообменниках наклонных клиновидных капиллярных щелевых каналов позволяет обеспечить устойчивый режим кипения при плотности теплового потока в 4—5 раза меньшей, чем в традиционных условиях и в 3—4 раза повысить интенсивность теплоотдачи.
Практическая значимость и реализация результатов работы:
Результаты работы дают возможность выбрать геометрические и режимные параметры зоны кипения испарительных теплообменников с наклонными к горизонту в продольном и поперечном направлениях клиновидными капиллярными щелевыми каналами. Полученные уравнения позволяют рассчитать интенсивность теплоотдачи в зоне кипения рекуператора с наклонными к горизонту в продольном и поперечном направлении клиновидными капиллярными щелевыми каналами, при различных значениях минимального и максимального щелевого зазора, различной ширине канала, различных продольных и поперечных углах наклона канала к горизонту, плотности передаваемого теплового потока.
Результаты работы предполагается использовать в учебном процессе по курсу «Тепло- массообменные процессы и установки». Экспериментальная установка будет использована при проведении научно – исследовательских работ студентов.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций основана на использовании современных методов исследования, тщательном анализе погрешностей измерений, сопоставлении результатов экспериментов с опытными данными других авторов, согласовании полученных экспериментальных данных с результатами теоретического исследования.
Апробация работы: Основные результаты и положения работы докладывались и обсуждались на VII и VIII Международных научно – практических конференциях «Молодые ученые – промышленности, науке и профессиональному образованию: проблемы и новые решения» в 2007, 2009 гг.; на IV Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» в 2009, 2010 гг.; на Всероссийской молодежной научной конференции «Мавлютовские чтения» в 2009 г.; на IV Международной студенческой научно - практической конференции для студентов, аспирантов, соискателей и молодых специалистов «Традиции, тенденции и перспективы в научных исследованиях» в 2009 г.; на Всероссийской научно-практической конференции «Студент и наука – 2010» в 2010г.; на научных семинарах кафедры промышленной теплоэнергетики Московского государственного индустриального университета в 2007, 2008, 2009, 2010 гг.
Публикации: по теме диссертации опубликовано 14 работ в научных изданиях, в том числе три публикации в изданиях из перечня, рекомендуемого ВАК.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы из 87 наименований. Основное содержание работы изложено на 161 страницах включает 60 рисунков.
Похожие диссертации на Исследование теплообмена в зоне кипения испарительных теплообменников с наклонными в продольном и поперечном направлениях клиновидными каналами
