CC BY
19
УДК 621.17
Е.Н. Слободина, E.N. Slobodina, e-mail: [email protected] Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ КИПЕНИЯ И КОНДЕНСАЦИИ В РАБОЧЕМ ОБЪЕМЕ ВАКУУМНОГО КОТЛА
ENHANCING OF THE PROCESSES OF BOILING AND CONDENSATION IN THE WORKING VOLUME OF VACUUM BOILER
В статье рассмотрены вопросы интенсификации процессов кипения и конденсации рабочих жидкостей. Предложены пассивные методы усиления теплопереноса в рабочем объеме вакуумного котла.
There are the questions of enhancing of the processes of boiling and condensation of fluids in the article. Passive methods are proposed of enhancing of heat transfer in the working volume of vacuum boiler.
Ключевые слова: вакуумный котел, интенсификация, теплообмен конденсация, кипение
Keywords: vacuum boiler, enhancing, heat transfer, condensation, boiling
Развитие котельной техники требует создание высококачественного эффективного котельного оборудования способного удовлетворить высокие требования потребителя.
Многообещающим дополнением традиционных котлоагрегатов может стать вакуумный водогрейный котел. Его преимущества: внутрикотловая вода не сообщается с водой контуров отопления и ГВС (отсутствует опасность заноса вредных примесей), в котле отсут -
134
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
ствует (воздух) кислород, что также способствует долгой эффективной эксплуатации котла, из-за отсутствия воздуха абсолютно исключена возможность взрыва котла, нет особых требований к воде, системе отопления и горячего водоснабжения, образование пара происходит в вакуумной среде при температуре ниже 100 °С [1, 2].
Единственным недостатком данного вида котлов на данный момент является резкое ухудшение интенсивности теплообмена в свободно - молекулярной области при увеличении степени разреженности газов, что требует необходимость проведения мер по интенсификации теплообмена [3, 4].
Устранение данного недостатка возможно повышением интенсивности теплообмена путем интенсификации процессов кипения и конденсации, пассивными или активными методами [4].
Рассмотрим пассивные методы интенсификации конденсации в объеме пара.
Проблеме интенсификации процессов конденсации многие годы не уделялось должного внимания, по причине того, что процесс теплообмена при конденсации теплоносителей считался достаточно интенсивным не требующим поиска более эффективных поверхностей, чем обычно применяемые, в основном, круглые трубы [5]. В связи с требованиями создания эффективного котельного оборудования, возрастает интерес к проблеме интенсификации теплообмена при конденсации.
Конденсация на поверхности может быть пленочной или капельной, в зависимости от того, смачивает образующая жидкость поверхность, или не смачивает. Высокую интенсивность теплообмена между теплоносителями обеспечивает капельная конденсация, так как образующиеся в процессе конденсации капли не остаются на стенке и не создают термическое сопротивление между теплоносителем и стенкой. Если же при конденсации на стенке образуется жидкая пленка, то она создает дополнительное термическое сопротивление и снижает интенсивность теплообмена. Очевидно, что для интенсификации теплообмена необходимо использовать методы, разрушающие эту пленку [5, 6]. Один из методов - это создание поверхности, которая не смачивается жидкостью и при этом конденсация остается ка-
пельной. Реальные возможности для создания такой поверхности ограничены, наиболее простой и достижимый пусть - это обеспечение срыва и уноса образующейся пленки конденсата от стенки [5].
По сколько в вакуумных котлах речь идет о конденсации на наружной поверхности горизонтальных труб, то капельную конденсацию можно рассматривать как метод интенсификации пленочной конденсации путем обработки поверхности. Средний коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации пара на горизонтальных трубах можно увеличить на 20 %, путем размещения определенным образом полос тефлона или другого несмачиваемого материала на поверхности. Развитие поверхностей можно достичь использованием подвижно закрепленных проволок, профилированием поверхности и применением сплошных ребер. Конденсат, в случае применения подвижно закрепленных проволок, взаимодействует с ними, так что превалирует эффективная конденсация в тонкой пленке на большой части поверхности. Рост коэффициента теплоотдачи ограничивается лишь затоплением поверхности [6].
Еще одним способом повышения интенсивности теплообмена является интенсификации процесса кипения пассивными методами.
Суть методов интенсификации кипения в большом объеме жидкости заключается в снижении разности температур между стенкой и температуры насыщения жидкости ДТ§.
Уменьшения данной разности для воды можно достичь путем образования небольших несмачивающихся участков (тефлон или эпоксидная смола) на поверхности или во впадинах, ДТ8 снижается в 3-4 раза при постоянном д.
В случае несмачивающих жидкостей (хладагенты, криогенные и органические жидкости) для обеспечения захвата пара требуется создание впадин резервуарного типа, получаемых механической обработкой или профилированием. Другой способ состоит в образовании на поверхности нагрева пористого металлического слоя путем некачественной сварки, спекания или пайки, плазменного напыления или электролитического осаждения. Благодаря возможности выбора оптимального размера поры или углубления для жидкости, значение ДТ§ можно сократить до минимума [6].
135
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
Для интенсификации процессов конденсации и кипения, существует возможность применения активных методов, которые включают: вращение, вибрацию, удары по поверхности нагрева, вибрацию жидкости, в случае кипения, и т.д. [5, 6]. Несмотря на эффективность активных методов, перспективы для их использования в реальных системах весьма ограничены, в связи с невозможностью надежного обеспечения указанных воздействий.
Рассмотренные выше пассивные методы, практически могут быть применены для интенсификации теплообмена в вакуумном котле, но для успешного внедрения требуется дальнейшее более подробное исследование.
Библиографический список
1. Соколов, Б. А. Паровые и водогрейные котлы малой и средней мощности: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Б. А. Соколов. - М.: Академия, 2008. - 128 с.
2. Михайлов, А. Г. Вопросы выбора теплогенераторов / А. Г. Михайлов, Д. С. Рома-ненко, С. В. Теребилов // Омский научный вестник. - 2008. - № 2 (68). - С. 54-56.
3. Михайлов, А.Г. Изучение радиационно-конвективного теплообмена высокотемпературного газового потока в канале / А.Г. Михайлов, П.А. Батраков, С.В. Теребилов // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2012. - № 2 (110) - С. 161-162.
4. Слободина, Е.Н. Вопросы выбора газотрубных котлов как источников теплоты для автономного теплоснабжения / Е. Н. Слободинп // Наука, образование, общество: Проблемы и перспективы развития : сб. науч. тр. по материалам Междунар. науч.-практ. конф., 28 февр. 2014 г.. - Тамбов, 2014.- Ч.10- С. 134-136.
5. Эффективные поверхности теплообмена / Л. К. Калинин, Г.А. Дрейцер, И. З. Копп,
A. С. Мякочин. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 408 с.: ил.
6. Справочник по теплообменникам: в 2 т. / пер. с англ.; под ред. Б.С. Петухов,
B.К. Шикова. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - Т. 1. - 560 с.
