Спросить
Войти
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ
Виконана порівняльна оцінка теплової ефективності коридорних пучків плоско-овальних труб з неповним оребренням, розроблених в НТУУ «КПІ» і круглих труб з поперечним привареним та накатаним спірально-стрічковим оребренням. Показані переваги поверхонь нагріву з плоско-овальних труб з неповним оребренням
Ключові слова: плоско-овальный, труба, оребрение, пучок, коридорный, эффективность
Выполнена сравнительная оценка тепловой эффективности коридорных пучков плоско-овальных труб с неполным оребрением, разработанных в НТУУ «КПИ» и круглых труб с поперечным приваренным и накатанным спирально-ленточным оребрением. Показаны преимущества поверхностей нагрева из плоско-овальных труб с неполным оребрением
труба, оребрення, пучок, коридорний, ефективність
The comparative assessment of the thermal efficiency of the in-line tube bundles of the flat-oval tubes with partial finning developed in the NTUU “KPI” and of the round tubes with crosswelded and rolled-on spiral-strip finning were analyzed. The advantages of the heat transfer surfaces of the flat-oval tubes with partial finning were shown
УДК 536.24:533.6.011
ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОРИДОРНЫХ ПУЧКОВ ПОПЕРЕЧНО-ОРЕБРЕННЫХ ТРУБ РАЗЛИЧНОГО ПРОФИЛЯ
Е.Н. Письменный
Доктор технических наук, профессор, заведующий
кафедрой* Контактный тел. (044) 406-86-18 Е-mail: evgmk@ixom.ua
А. М . Т е р е х
Кандидат технических наук, старший научный сотрудник*
Контактный тел. (044) 454-97-87 Е-mail: teram57@meta.ua
А.В. Семеняко
Ассистент* Контактный тел. (044) 454-97-87 Е-!^!: infinitum@lan.com.ua
В.А. Рогачев
Кандидат технических наук, доцент* Контактный тел. (044) 454-97-87
В. Д. Бурлей
Кандидат технических наук, старший научный сотрудник* *Кафедра атомных электростанций и инженерной
теплофизики
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» пр. Победы, 37, г. Киев, Украина, 03056 Контактный тел. (044) 454-97-87
І.Введение
Разработке методов сравнения теплоаэродинамической эффективности оребренных поверхностей на основе разных условий и критериев посвящено достаточно много исследований [1 - 5].
В них, как правило, совершенство того или другого типа поверхности характеризуется соотношением переданного количества теплоты через данную поверхность и энергии, затраченной на преодоление сопротивления движущимся теплоносителем.
Сравнение оребренных поверхностей между собой (или с эталонной) и выявление самой эффективной из них осуществляется путем установления взаимосвязи между теплоотдачей и сопротивлением при равенстве чисел Рейнольдса с привлечением сведений о массогабаритных характеристиках сравниваемых объектов. Разработчику необходимо выбирать такую конструкцию оребренной поверхности, которая может передать заданное количество теплоты при ее минимальных габаритах и возможно меньшей затрате энергии на прокачку теплоносителя через поверхность.
С целью определения эффективности новой поверхности из поперечно-оребренных плоско-овальных труб коридорных пакетов, проведены экспериментальные исследования по изучению их теплоаэродинамических характеристик, предложена методика сравнительной оценки их эффективности с наиболее распространенными типами поверхностей из поперечно-оребренных труб [6 - 8].
мых коридорных пучков круглых труб с полным оре-брением [6,7] (тип 3 - 5) приведены в табл. 1 и на рис.
Таблица 1
Геометрические характеристики сравниваемых труб
Тип труб мм d2 мм d мм Ь мм t мм 5 мм ¥ Н1пм м2/м Источ.
Объектом исследований является плоско-овальная труба [9], установленная в коридорном пакете (рис. 1, 2). Подробное описание конструкции такой трубы приведено в работе [10].
Рис. 1. Плоско-овальная труба КПИ с неполным поперечным оребрением: а — труба типа 1; б — труба типа 2
Рис. 2. Коридорный пучок плоско-овальных труб с неполным оребрением
Основные геометрические характеристики исследованных в [11] коридорных пучков плоско-овальных труб типов 1, 2 с неполным оребрением и сравнивае3. Сравнение эффективности пакетов труб
Оценка теплоаэродинамических и массогабаритных характеристик проведена для коридорных пакетов плоско-овальных труб типов 1, 2 (табл. 2), а для сравнения их характеристик с другими типами труб, использовались биметаллические трубы с накатанными алюминиевыми ребрами круглого профиля типов 3, 4, [6] (рис. 3, б) и типа 5 [7, 8] с приваренным стальным спирально-ленточным оребрением (рис. 3, в) (табл. 2). Труба типа 3 выбиралась таким образом, чтобы ее внутреннее сечение было одинаковым с внутренним проходным сечением трубы типа 2, обеспечивая одинаковые скорости внутреннего теплоносителя. Трубы типов 2, 4, 5 имели, примерно, равные внешние поверхности несущих труб.
Рис. 3. Типы сравниваемых оребренных труб: а - трубы КПИ [9] (тип 1, 2); б- трубы [6] (тип 3, 4); в- трубы [7] (тип 5)
Таблица 2
Характеристики сравниваемых пакетов труб
к п 2 Тип труб м а т м а 2 S а С CX A s? 2 H m р п s а н m к с? J а О £ СО сч а П о н о S
a x b= const = 1.2З5хЗ.94 (мхм) AP=var
З 1 8б б0 120 б49 2.ЗЗ0 549 З292 2б4 Табл.1
б 2 бб 120 184 б17 2.91 440 255З 194 Табл.1
axb=var AP=const = 100 Па
З 1 8б б0 100 б22 2.2З7 572 З4З4 2б4 Табл.1
Сравнение и выбор наиболее эффективного пучка выполнены на базе методики [1] на примере воздушного конденсатора (рис. 4). Конденсатор имеет следующие параметры: температура насыщенного пара на входе t& = 115°C, температура воды на выходе t" = 95°C, температура воздуха на входе ^1 = 27°C , температура воздуха на выходе из теплообменной секции Ф2 = 7б°С, расход пара D = 0.55б кг/с, расход воздуха Gп = 24 мЗ/с, тепловая мощность Q = 1280 кВт, средний температурный напор At = 52°C . Расчеты проведены для двух случаев: при фиксированном фронтальном сечении на входе воздуха в теплообменную секцию axb = const (ширина секции а ~1.2З5 м, длина b = З.94 м) и при фиксированном аэродинамическом сопротивлении секции AP (при одинаковой мощности на перекачивание воздуха через секцию).
Рис. 4. Воздушный конденсатор
Результаты сравнения коридорных пучков по тепловой эффективности и другим важным техническим показателям представлены в таблице 2, а также в виде графических зависимостей (рис. 5) и диаграмм (рис. 6, 7).
Коридорные пакеты плоско-овальных труб с неполным оребрением имеют приблизительно одинаковую тепловую эффективность с пакетами биметаллических круглых труб типа 3, 4 [6] (табл. 1) за исключением пакетов № 4, 8 с большим поперечным шагом S1 и невысокой компактностью. Тепловая эффективность этих пакетов на 20 - 30 % ниже, чем у пучков №№ 1 - 3, 5 - 10.
Следует отметить, что тепловая эффективность коридорных пакетов плоско-овальных труб типа 1 на 5 - 10 % выше, чем пакетов из труб типа 2. Такой факт можно объяснить тем, что коэффициент оребрения труб типа 1 выше более чем на 15 % по сравнению с трубами типа 1. В то же время полная внешняя поверхность одного погонного метра труб типа 2 на 10 % больше поверхности труб типа 1. Увеличение площади внешней поверхности отразится на уменьшении массогабаритных характеристик теплообменной поверхности конденсатора (табл. 2).
Рис. 5. Тепловая эффективность коридорных пакетов:
Худшим по характеристикам из сравниваемых пакетов оказался пакет круглых труб с приварным спирально-ленточным оребрением № 11 [7] (труба типа 5). Эта труба имеет низкий коэффициент оре-брения и высокое аэродинамическое сопротивление пакета.
Из сказанного следует, что для комплексной оценки пучков, данных только по теплоаэродинамической эффективности недостаточно. Необходимо вводить дополнительные характеристики, которые позволяют более полно оценить использованные для сравнивания поверхности. Такими характеристиками являются: тепловой поток с одного погонного метра трубы сц; общая длина труб теплообменника L•, связанная с длиной труб масса труб устройства G и его компактность П.
На диаграммах (рис. 6) наглядно показано влияние типа труб, шаговых характеристик коридорных пакетов на такие показатели как щ, АР, L, G при фиксированном значении поперечного сечения канала на входе в пакет. Из сравнения, представленного на диаграммах исключены пакеты №2 и №4 труб типа 1 и №6, №8 труб типа 2 ввиду их низкой компактности.
Расчетные данные, представленные на диаграммах (рис. 6) свидетельствуют:
- коридорные пакеты труб типа 2 имеют меньшее аэродинамическое сопротивление чем пакеты труб типа 1 (рис. 6, а). Плоско-овальная труба типа 1 имеет меньший шаг ребер и на 20 % большую толщину ребра, что и приводит к увеличению потерь давления. Сопротивление пакетов плоско-овальных труб меньше, чем у пакетов круглоребристых биметаллических труб. Например, пакет № 10 [6] имеет большее сопротивление на 45 и на 20 %, чем пакеты №3, №7 (рис. 6, а);
- тепловой поток сі пакетов плоско-овальных труб (рис. 6, б) приблизительно одинаков или с немного превышает тепловой поток пакетов из биметаллических круглых труб типов 3,4 [6]. Самый низкий показатель щ, равный 1.6 - 1.7 кВт/м у пучка труб типа 5 [7] ввиду относительно невысокой площади внешней поверхности теплообмена;
труб типа 3, 4 [б] и на б0 - 70 % меньше длины круглоребристых стальных труб типа 5 [7];
- масса оребренных труб непосредственно связана с общей длиной труб и плотностью материала из которого они изготовлены (рис. б, г). Масса трубной части воздушного конденсатора, выполненного из биметаллических труб типа 3, 4 в 1.7 - 2 раза меньше массы стальных труб плоско-овального профиля (плотность материала ребер отличается приблизительно в З раза). Масса ста льных труб типа 5 коридорного пу чка №11 оказалась наибольшей среди всех сравниваемых коридорных пакетов.
На диаграммах (рис. 7) показано влияние шаговых характеристик рассмотренных коридорных пакетов и типов труб на показатели qj, AP, L, G и П при фиксированном значении мощности на прокачку теплоносителя через теплообменную поверхность (AP = 100 Па = const).
Рис. 6. Критерии эффективности оребренных поверхностей при АР = var:
- длина оребренных плоско-овальных стальных труб (рис. 6, в) воздушного конденсатора на 5 - 15 % меньше длины круглоребристых биметаллических
Рис. 7. Критерии эффективности оребренных поверхностей при АР = const:
Для всех сравниваемых пакетов, в которых аэродинамическое сопротивление было больше 100 Па при приведении их к условиям одинаковых расходов мощности на прокачку теплоносителя, показатели qi, L, G оказались хуже (табл. 2, рис. 7, а - в). Для пакета № 9 это составило 11 - 13 %, для № 10 - 7 - 8 % и №11 - до 30 %. Для пакетов № 1, № 3 плоско-овальных труб типа 1 снижение показателей qi, L, G составило соотЕ
ветственно 19 % и 4.5 %. Для пакета № 5 ухудшение этих показателей составило около 9 %.
Компактность сравниваемых коридорных пакетов П (рис. 7, г) изменяется в пределах от П = 260 м2/м3 до П = 414 м2/м3 и зависит от шаговых характеристик пучка и полной внешней поверхности нагрева. Самый низкий коэффициент компактности у пакета №11 и составляет 191 м2/м3.
использовании их в качестве поверхностей теплообмена для систем воздушного охлаждения технологических продуктов (аммиака, воды, масла, керосина, бензина и т. п.), а также при конденсации различных паров.
- Теплоэнергетика, 1977, №4, с.5-8.
- С-Пб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петерб. отд., 1992. - 280 с.
