CC BY
18
ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 269 . 1975
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОТОКА В ТЕПЛООБМЕННИКЕ ТИПА «ТРУБА В ТРУБЕ»
И. П. ЧАЩИН, Б. И. ЛИТВИНОВ, Н. Т. ШАЛАВИН
(Представлена научным семинаром кафедры процессов, аппаратов и кибернетики химических производств)
Одним 'ИЗ путей интенсификации теплообмена ¡при работе с тазом является 'использование газожидкостных потоков, когда (в газовую среду вводится жидкая фаза—высошкипящий теплоноситель. В нослед-нее время ¡в периодической литературе появляются работы, посвященные изучению теплообмена 'и щдрав лических сопротивлений в двухфазных 'потоках [1—4], (но эти работы шока немногочисленны и не дают оснований для обобщающих заключений. С точки зрения накопления экспериментальных данных в указанной области нами был поставлен эксперимент по исследованию теплообмена и гидравлических сопротивлений в нисходящем газожщдкостном (потоке.
Эксперимент проводился на изготовленном нами теплообменнике типа ¡«труба в трубе».
Внешняя труба теплообменника медная с внутренним диаметром 0 2 -10~3 1М. Внутренняя труба теплообменника с внешним диаметром 0 19-10~3 м. Теплообменник но длине был условно разбит на 2 участка. Это вызвано необходимостью исключить влияние условий входа, то есть частичной турбулизащии потока. Чтобы избежать потерь тепла в ■окружающую среду, (внешняя труба теплообменника была изолирована. Теплообменник был установлен вертикально.
Основные параметры теплообменника приведены в табл. 1.
(Вначале были проведены опыты с однофазнььм газовым 'потоком. В качестве рабочих сред (применялись воздух и насыщенный водяной пар. Атмосферный воздух подавался компрессором в верхнюю часть теплообменника, и затем поток двигался сверху вниз в кольцевом пространстве аппарата. Внутри 'центральной трубы теплообменника конденсировался водяной пар. На /входе :в теплообменник пар был перегрет на 1-4,5° С.
Измерение температур потока и наружной стенки внутренней трубы теплообменника осуществлялось хромель-адапелевыми термопарами, подключенными через переключатель <к зеркальному милливольтметру. Холодные спаи термопар были термостатированы три 0°С. Температура потока и наружной стенки внутренней трубы замерялась в трех точках по высоте теплообменника с 'точностью. ±0,4° С. В каждом сечении температура потока и наружной стенки ¡внутренней трубы измерялась двумя термопарами, показания которых усреднялись. Измерение температуры потока на входе и выходе теплообменника, ¡кроме того, дублировалось ртутными термометрами с ценой деления 0,1° С. Падение давления при движении потока в кольцевом канале теплообменника изме-
Таблица 1
Наименование По измерениям теплообмена 1 аэ По измерениям гидравлических сопротивлений
Первый участок 0,9 м 100 0,9 м
Второй участок 1,1 м 122 1,1 м
Вся длина трубы 2 м 222 2 м
р ял ось и-образ1ньими манометрами, заполненными дистиллированной водой. Расход -воздуха определялся с помощью диафрагмы, установленной иа входе газового потока в теплообменник. Диафрагма была соединена с дифманометром, заполненным дистиллированной водой. Расход греющего пара измерялся объемным способом по количеству полученного конденс ат а.
Опыты отличались друг от друга расходом воздуха, при этом критерий Ие изменялся в пределах (0,3-^2,5) • 103. Полученные опытные данные по теплообмену между поверхностью 'внутренней трубы и одно-фазиьпм газовым потоком на участке аппарата, где ¿/¿¿>100, вполне удовлетворительно описываются ¡известным расчетным уравнением [5].
Опытные данные по гидравлическим сопротивлениям газового потока совпали с данными, рассчитанными по формуле Дарси-Вейсбаха. Опытные данные по теплообмену и гидравлическим сопротивлениям обрабатывались в критериальной форме.
Результаты 'опытных данных по теплообмену и гидравлическим сопротивлениям представлены на рис. 1 и 2.
Рис. 1. График экспериментальных данных по теплообмену. Обозначения расхода жидкости— <3Ж:
1 — дж=0,042 Ж3/час, 4—(Эж^ОДПб мъ1часу
2 — (Эж=0,029 м*/час, 5 — <2Ж=0,009 м*/час,
3 — Я ж=0,022 мъ\час, б — <3Ж=0,04 м^час. Расход воздуха изменялся в пределах 1,9-^
4-5,7 м*/час
После этого проводились опыты с двухфазным -потоком. В верхнюю часть межтрубного пространства теплообменника, в газовый поток с помощью форсунок впрыскивалась жидкость (высошкштящий теплоноситель— этиленгл'шдаль). Опыты отличались друг от друга расходом воздуха и жидкости. При этом объемная концентрация жидкости в газовом потоке не превышала 3%. На выходе из теплообменника газо-жвдкостный поток разделялся в циклоне, и этилеегликоль снова возвращался в цикл.
Ввиду того, что ¡концентрация жидкой фазы была сравнительно мала, все расчеты про изводились по формулам и зависимостям, характеризующим газовый поток. Данные по теплообмену для двухфазного потока представлены иа рис. 1. Данные по гидравлическим сопротивлениям для двухфазного потока представлены на рис. 2.
Для обработки в критериальной форме использовались опытные данные, полученные иа участке трубы, где Ь!<1 >100.
Рис. 2. График экспериментальных данных по гидравлическим сопротивлениям. Обозначения расхода жидкости — (2В:
1 — 0,042 мЧчас, 4 — <?ж=0,016 м*/час,
2 — <2Ж= 0,029 жЦчас, 5 — 0,009 ж3/час,
3 — Ож^ 0,022 м*/час, 6 — С?ж= 0,004 Л13/*шс, Расход воздуха изменялся в пределах 1,9-т-
—5,7 мг!час
■После обработки опытных данных получены полуэмпирические уравнения, описывающие теплообмен и гидравлические сопротивления для двухфазного потока ±10% при из-менении числа Ие в пределах (0,70-^2,6)'103 и расходе жидкости в пределах 0,0048-^0,042 м3/час.
ОаЛ0-15
<Эв
<?в
N11=0,0285-Яе'
Ей =6,66-Ие"
(1) (2)
В результате ¡проведенных исследований установлено:
1. Коэффициент теплоотдачи от стенки к газовому потоку с (вводом распыленной жидкости возрастает. Наибольшая ¡интенсификация теплообмена наблюдалась на начальном участке трубы. При постоянном значении критерия Ие с увеличением количества вводимой распыленной жидкости в газовый поток коэффициент теплоотдачи увеличивается.
2. Гидравлические сопротивления с ©водом жидкости в газовый поток увеличиваются. Наибольшие потери давления наблюдались ¡на начальном участке трубы. При постоянном значении критерия Ие с увеличением количества вводимой жидкости в тазовый поток гидравлические сопротивления возрастают.
ЛИТЕРАТУРА
1. Н. М. Фе дотки н, Л. П. За руднев. Теплофизика и теплотехника. Киев, 1969. Вып. 15.
2. А. Д. А к и м е н к о, Г. А. Земсков, А. А. С и в о р ц е в. Известия вузов, «Энергетика», т. 10, 1969.
3. И. В. Доманский. «Прикладная химия». Вып. 4, Л., «Наука», 1969.
4. В. М. Б о р и ш а н с к и й, А. А. Андреевский, А. Г. Крючков, Б. С. Фокин. «Теплоэнергетика». Вып. 4, 1968.
5. М. А. Михеев. Основы теплопередачи, Л., Госэнергоиздат, 1956.
