Введение к работе
Актуальность работы. Возросшая стоимость энергоносителей и всех видов природных ресурсов диктует создание нового высокоэффективного теплообменного оборудования Один из главных путей повышения экономичности теплообменников - внедрение эффективных способов интенсификации теплообмена
Интенсификация теплообмена в настоящее время является важной специальной областью исследований и разработок оборудования для организации процессов теплообмена На сегодняшний день имеется достаточно обширный материал по экспериментальному и теоретическому исследованию теплообмена и гидродинамики в теплообменниках кожухо-трубчатого типа Вместе с тем, все большее распространение во многих отраслях промышленности, и, в первую очередь в нефтехимической, пищевой, целлюлозно-бумажной, получают пластинчатые теплообменники ленточно-поточного типа Процесс передачи тепла в таких аппаратах происходит в межпластинных каналах сложной геометрии без соприкосновения проточных частей смежных пластин Для повышения их экономичности необходимы данные по влиянию геометрии межпластинных каналов на теплогидравлическую эффективность Имеющиеся сведения по этому вопросу недостаточны для его решения Следует также отметить, что проведение теплогидравлических расчетов пластинчатых теплообменников ленточно-поточного типа аналитическим способом затруднительно и предпочтение отдается более надежным, но дорогостоящим экспериментальным методам исследования Поэтому на данный момент имеются в основном частные эмпирические выражения для определения теплопереноса и гидравлических потерь в таких аппаратах Они справедливы для межпластинных каналов определенной геометрии и не позволяют оптимизировать оборудование по тепловой и гидродинамической эффективности
Учитывая практическую значимость и сложность проблемы, следует признать исследование теплообмена и гидродинамики в пластинчатых теплообменниках данного типа актуальной задачей
Целью работы является повышение эффективности и получение обобщенных зависимостей для расчета теплопереноса и гидравлических потерь пластинчатых теплообменников ленточно-поточного типа с теплообменными пластинами волнообразной (синусоидальной) формы
Для достижения поставленной цели в диссертации были решены следующие научно-технические задачи
» экспериментальное исследование теплоотдачи, гидродинамики и
структуры потока в синусоидальных каналах, * численное моделирование турбулентного течения в канатах пластинчатых теплообменников ленточно-поточного типа,
развитие представлений о структуре потока в пристенной области,
определение критериев рациональной интенсификации теплообмена, оценка влияния геометрии межпластинного канала на его теплогидравлическую эффективность,
получение обобщенных зависимостей для расчета теплообмена и гидравлического сопротивления в исследуемых теплообменниках
Научная новизна:
Экспериментально подтверждена нестационарная природа вихрей, генерируемых во впадинах несимметричного синусоидального канала Количественно оценены продолжительности фаз зарождения, развития и выброса среднестатистического вихря в основной поток при Яе=3000
Определена наиболее подходящая, адекватно описывающая процессы переноса тепла и массы в синусоидальных каналах пластинчатых теплообменников модель турбулентности Выработаны критерии правильности построения расчетной сетки
Численным методом исследования установлено влияние геометрических и режимных факторов на гешгогидравлическую эффективность исследуемых каналов Установлены геометрические параметры и числа Re, при которых возможно нарушение аналогии Рейнольдса в пользу переноса теплоты в диффузор-конфузорных каналах На основе анализа локальных коэффициентов переноса дано объяснение этому явлению
" Получены универсальные зависимости в критериальной форме для расчета теплообмена и сопротивления теплообменников ленточно-поточного типа с синусоидальными гофрами в диапазоне чисел Рейнольдса Re= 103—3 104
Достоверность. Приведенные в диссертационной работе научные данные и выводы базируются на проведенных численных и экспериментальных исследованиях, а также на сопоставлении результатов исследования с результатами других авторов
Практическая ценность. Полученные в работе универсальные критериальные выражения удовлетворяют по точности инженерным требованиям, позволяют производить расчеты теплогидравлических параметров, не прибегая к затратным эмпирическим методам Результаты могут быть использованы на стадии конструирования лент очно-поточных пластинчатых теплообменников Предложенные мероприятия по повышению эффективности, е частности, пастеризационно-охладительных установок молока с потенциалом энергосбережения в отрасли ~6,6 тыс т у т в год, могут быть частично или полностью реализованы в других отраслях промышленности Результаты работы испотьз\югся при чтении курсов «Тепломассообменное оборудование промышленных предприятий»,
«Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях» по направлению «Теплоэнергетика» в МЭИ (ТУ)
Основные положения, выносимые на защиту:
результаты экспериментального исследования теплоотдачи, гидравлического сопротивления и структуры потока в несимметричном синусоидальном канале,
численное моделирование турбулентного течения и теплопереноса в волнообразных каналах пластинчатых теплообменников ленточно-поточного типа,
* зависимости для расчета теплопереноса и гидравлических потерь в исследуемых теплообменниках,
результаты оценки влияния геометрических и режимных факторов на
эффективность интенсификации теплообмена в синусоидальных
каналах,
" мероприятия по повышению эффективности теплообменного оборудования на базе проведенного исследования Оценка энерго- и ресурсосберегающего эффекта
Апробация работы. Основные положения работы, результаты теоретических, численных и экспериментальных исследований докладывались и обсуждались на конференциях
" 11, 12-ой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов Радиоэлектроника, электротехника и энергетика, Москва 2005, 2006 г
6-ой Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и специалистов Энергетики и металлурги настоящему и будущему России, Магнитогорск 2005 г
Второй Международной научно-практической конференции Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы), Москва 2005 г
Четвертой Российской национальной конференции по теплообмену Интенсификация теплообмена, Москва 2006 г
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 6 опубликованных работах
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы, состоящего из 70 наименований, и приложения Общий объем диссертации составляет 158 страниц, включая рлсунки, таблицы и приложения
