CC BY
25
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
1975
Том 250
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ В ТЕПЛООБМЕННИКЕ ТИПА
«ТРУБА В ТРУБЕ»
И. П. ЧАЩИН, Б. И. ЛИТВИНОВ
(Представлена научным семинаром кафедр ПМАХП и ОХТ)
В различных областях промышленности большое место занимают процессы теплообмена. В химической промышленности доля теплообмен-ной аппаратуры в общем объеме химического оборудования составляет 15-48%. В химической технологии в настоящее время в основном используются трубчатые теплообменники с гладкими трубами (свыше 80% всего выпуска теплообменной аппаратуры) и до 70% теплообменников работает в средах пар — газ и жидкость — жидкость при давлении до 10 кг/см2 и температуре не более 200° С.
Это является предпосылкой для более детального исследования теплообмена и гидравлических сопротивлений в вышеуказанных конструкциях теплообменников.
В настоящее время в периодической литературе систематически появляются работы, посвященные изучению теплообмена и гидравлических сопротивлений на начальном и стабилизированном участках теплообмена при ламинарном режиме нагреваемой или охлаждаемой среды [2, 4]. Интерес к такого рода исследованиям вызван тем, что в тепло-обменных устройствах, работающих при различных температурах, начальный участок может составлять значительную, и во многих случаях наиболее эффективную, поверхность теплообмена.
При конвективном теплообмене между потоками через разделяющую стенку мерой интенсивности теплопередачи является коэффициент теплопередачи
СЦ а 2 А
Для случая передачи тепла от насыщенного водяного пара через металлическую стенку к газу, учитывая высокие значения коэффициентов теплоотдачи конденсирующего пара к стенке а\ и проводимости тепла
стенки —■ , коэффициент теплопередачи будет определяться значения-б
ми коэффициента теплоотдачи от стенки к газу аг.
Для проведения исследований по теплообмену и гидравлическим сопротивлениям на начальном и стабилизированном участках аппарата нами был изготовлен теплообменник типа «труба в трубе».
Основные параметры установки приведены в табл. 1.
Эквивалентный диаметр кольцевого пространства равен с1э = — 9-1СН м. Атмосферный воздух засасывался компрессором в кольцевое пространство теплообменника. Насыщенный водяной пар получался в котле, нагреваемом с помощью электронагревателей. Пар с тем-
Таблица 1 Основные параметры теплообменника
По измерениям теплообмена Цй,, По измерениям гидравлических сопротивлений
Первый — начальный
участок 0,9 м 100 0,9 м
Второй — стабилизи-
рованный участок 1,1 м 122 1,1 м
Ж
и
40
20
¿и
2,0 1.6
1,2
0,8
• т
уС о
1 /
•
2 1 О
Вся длина трубы 2 м
пературой 100° С подавался во внутреннюю трубу теплообменника. Конденсат собирался в мерник. Расход пара замерялся объемным методом. Температура потока и стенки внутренней трубы замерялись в 3-х точках по высоте канала с точностью до 0,5°С с помощью хромель-копеле-вых термопар, подключенных через переключатель к зеркальному милливольтметру. Падение давления при движении потока в кольцевом канале измерялось ¿/-образным манометром с точностью до 1 кг/м2. Расход воздуха измерялся по поплавковому расходометру (ротаметру) с точностью до 0,00028 мг\сек.
Опыты проводились при ламинарном характере движения потока в пределах изменения критерия Ие= (1,5-^-3,7) • 103. Результаты опытов по исследованию теплообмена и гидравлических сопротивлений на входном и «чистом» участках трубы показаны на рис. 1. Линии 1 на рис. 1 построены по общепринятым зависимостям: N11 = ]: (Ие) и Еи = {(Не) [3] в указанных выше пределах изменения критерия Ие.
Из графиков (рис. 1) видно, что опытные данные по теплообмену и гидравлическому сопротивлению на чистом участке трубы хорошо сними.
На входном участке трубы опытные данные по теплообмену и гидравлическим сопротивлениям лежат несколько выше теоретических (рис. 1, линия 2).
Это отклонение объясняется условиями входа потока в аппарат, где за счет дополнительной турбулизации потока получены несколько завышенные данные по теплообмену и гидравлическим сопротивлениям.
10
15
20
25
1 ___
10
15
20
25 Яе-Ю
Рис. 1. Теплообмен и гидравлические сопротивления на входном и «чистом» участках трубы
согласуются с теоретиче-
Учитывая, что в промышленных теплообменных устройствах начальный участок может составлять значительную часть поверхности теплообмена, полученные экспериментальные данные представляют определенный теоретический и практический интерес.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. Госхимиздат, М., 11960.
2. М. А. Михеев. Основы теплопередачи. Госэнергоиздат. Л., 1956.
|3. П. Г. Романков, К. Ф. Павлов, А. А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. «Химия», М., 1960.
4. Б. С. Петухов, Л. И. Р о й з е и. Теплообмен в трубах и кольцевых сечениях. ИФЖ, т. 6, 3, стр. 40.
