Введение к работе
Актуальность темы. Применение теплообменников воздушного охлаждения напнется кардинальным рещынием целого ряда актуальных народнохозяйственных проблем: сокращение потребления воды на технические нужды, оптимального размещения и развития энерготехнологического оборудования и установок, сохранения среды обитания.
Специфические конструктивно- компоновочные, режимные, эксплуатационные особенности ТВО предопределили исключительное применение биметаллической круглоребристой поверхности теплообмена состоящей из стальной несущей трубы и алюминиевой ребристой ободочки. . наличие только механического контакта и отсутствие металлургической связи между несущей трубой и алюминиевой оболочкой является причиной дополнительного термического контактного сопротивления (ТКС) и выдвигает дополнительные требования к воспоизводимо-сти, достоверности и точности расчЗтных критериальных уравнений по теплообмену и сопротивлению ребристых пучков ТВО.
Согласно концепции развития конструктивных типов ТВО на перспективу до 2005 года целесообразным является применение в них труб оребренных навитой завальцованной лентой (с рЗбрами типа КІЛ), объбм производства которых в 1990 году составлял 80 от общего количества производимых биметаллических труб для ТВО и лишь 202 приходилось на биметаллические трубы с навитым оребрением.
Однако эта рекомендация не может быть выполнена в ближайшие 10-15 лет, т.к. после распада Союза поизводство ребристых труб осуществляется лииь на Бугульминском и Борисоглебском заводах, которые специализируются на выпуске биметаллических труб с накатными р5 брами. '
В связи с этим вновь становится актуальной задача по совершенствованию ТВО из труб с накатными рЗбрами. Основными видами биметаллических труб с накатными рббрами, применяемыми в настоящее время являются трубы с коэффициентами оребрения <р»9,9; 19,9.
Цель работы. Цель данной исследовательской работы состоит в оптимизационном овершенствовании ТВО путем поиска принципиально новых компоновочных решений размещения ребристых труб в трубных досках. Для этого экспериментально решались следующие задачи: - исследоались как традиционные коридорные и шахматные компоновки, так и совершенно новые модификации, получаемые за сч9т создания эксцентриситета в поперечных рядах, а также путЗм последовательно-
І*
го изменения угла набегания потока на коридорну» компоновку при преобразавании еЗ в шахматную равностороннею;
получение в каждом случае критериальных зависимостей по теплообмену и сопротивлению для разных значений относительной эксцентри-ситетности e/S^ и подобных хе зависимостей при различных относительных углах набегания потока на пучок-8;
обработка полученных зависимостей по методу наименьших квадратов с целью нахождения оптимальных значений e/S' или б, при которых теплоотдача превалирует над сопротивлением;
разработка упрощбнной методики определения термического контактного сопротивления и контактного давления между стальной трубой и алюминиевой оболочкой при накатке орвбренной поверхности;
дальнейшее расширение исследований по применению метода локального теплового моделирования применительно к чвтырЭхрядным орвО-рбнным пучкам нетрадиционных компоновок.
Методы научных исследований. Эксперименты на пучках из оребрен-ных труб с использованием теоретических разработок и современных представлений о процессах, протекающих в глубине пучков.
Объектом исследований являлись пучки из труб с накатными рббрами, изготовленные в соответствии с геометрическими шагами в трубных решЗтках, применяемых в промышленных ТВО.
Научная новизна.
впервые исследованы оребренные переходные коридорно-шахматные компоновки и выявлен оптимальный угол набегания потока на пучок при котором достигается наибольший эффект по теплоотдаче, сопровождающийся умеьшениеы энергозатрат на прокачку теплоносителя через пучок;
впервые исследован новый вид пучка, связанный с изменением его поперечного сечения в сторону уменьшения по конструкторским или технологическим соображениям, за счЗт создания эксцентриситетности в каждом поперечном ряду;
выявлены области относительной эксцентриситетности е/|' при которых рост теплоотдачи превалирует над ростом сопротивления;
исследовано влияние изменения высоты ребер на теплообмен и аэродинамическое сопротивление, получены обобщающие критериальные зависимости и данные по оптимизации оребрения труб;
- исследовано влияние изменения высоты рЗбер на термическое кон-
тактноч сопротивление и контактное давление между стальной поверхностью и поверхностью алшиниевой оболочки;
впервые предлокен упрощенный метод нахождения термического контактного сопротивления и контактного давления;
получены новые данные подтверждавдие равноправность методов локального и полного теплового моделирования для четырехрядных переходных коридорно-шахматных компоновок.
Практическая ценность.
Впервые полученные результаты исследований по эксцентриситетным компоновкам позволяют без ущерба энергетической эффективности ТВО изменять его поперечное сечение, исходя из конструкторских или технологических потребностей;
Совпадение результатов локального и полного теплового моделирования для четырехрядных нетрадиционных коридорно-шахматных компоновок облегчает задачу поисковых и конструкторских изысканий наиболее эффективных компоновочных решений из оресренных труб.
Исследования ТВО с переменной высотой ребра и шагом оребрения S=2.52 мм, характерным для стандартизованных труб с накатным ореб-рением, позволяют, исходя из энергетического, весового и обэемного сравнения, рекомендовать производителям этого типа труб высоту ребра h=13,7 мм, как наиболее оптимальную для стационарных ТВО.
Да5тся упрощенная методика оценки термического контактного сопротивления для материалов сильно отличающихся по твердости друг от друга, при классе обработки поверхности наиболее твердого из них менее ч'4, а также оценить контактна давление между ними.
Каждый из полученных результатов направлен на совершенствование точности методов расчета ТВО с гарантированными механическими и тешюазродинамическими характеристиками.
Реализация и внедрение. _
Результаты диссертационной работы нашли применение во ВНИИПТхим-
нефтеаппаратуры, СПбНИИХиммаше, ЦНИИМОД при конструировании и проектировании оборудования для производства ребристых труб, а также расчетов теплообменников из этих поверхностей;
Внедрены в теплообменных секциях отдельных аппаратов типа АВЗ и АВГ-75 рекомндации по оптимальным значениям относительного эксцентричного смещения биметаллических труб с накатными алюминиевыми рСбрами с коэффициентом ч>=9,9; 20, способствующие ь заданных габа-
(.итах и одинаконом тепловом потоке уменьшить энергопотребление приводом ьънтилятора на (6*10).
Экономичуский ьфіякт составил II25000 руб. в ценах 1991 года. Полученные данные по оптимальной высоте ребер h=12,70; 13,7 мм при шаге S=2,5 мм; h/d4=0,5;AOCH/h=0,557 используются при модернизации геометрических параметров накатных дисков станов ХПРТ.
Результаты работы использовались также в хоздоговорной научно-исследовательской работе " Совершенствование аппаратов воздушного охлаждения применением новых компоновок оребрешшх труб в пучках с интенсификацией теплообмена", * государственной регистрации 01.89.0019092, инвентарный # 02.32.0003270, выполненной на кафедре промтеплоэнергетики Архангельского лесотехнического института им. В.В. Куйбышева.
Автор защищает.
новый вид эксцентриситетной компоновки из биметаллических оребрешшх труб и результаты теоретических и экспериментальных исследований по теплообмену и аэродинамическому сопротивлению.
оптимизацию коридорно - шахматной компоновки для пучков из биметаллических стандартизованных оребренных труб, позволяющих интенсифицировать процесс теплоотдачи при наименьших затратах на сопротивление;
оптимизацию высоты оребрения для биметаллических труб с накатным оребрением и шагом ребер S=2,5 мм;
расчбтные формулы для определения контактного давления и терми ческого контактного еоігротивления для вышеуказанных труб;
адекватность применения полного и локального моделирования к исследованиям четырехрядных нетрадиционных компоновок.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Архангельского лесотехнического института (1988-1993)Г.; на VIII Всесоюзной науч.-техн.конф."Создание компрессорных машин и установок, обесиечиващих развитие отраслей топливно-энергетического комплекса"(Сумы,1989); на Всесоюзн.науч.-техн.конф."Совершенствование сушильной техники и технологии и кооперация в производстве
оборудования для сушки древесины" (Архангельск, 1990), а также на секциях научно-технических советов отраслевых институтов 1990-91г. Публикации.
По материалам выполненных исследований опубликовано 17 печатных работ.
Объбм и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и приложения. 121 стр. машинописного текста основного содержания о 32 таблицами, 76 рио на Б9 стр., списка литературы из 85 названий.
