Воробьева СЕ

1. Оценка интенсивности и эффективности процесса теплопередачи в двухтрубных теплообменных аппаратах с профильными теплообменными

Институт тонких химических технологий
имени М.В. Ломоносова
Оценка интенсивности и
эффективности процесса
теплопередачи в двухтрубных
теплообменных аппаратах с
профильными
теплообменными
Воробьева Софья
Евгеньевна
ХББО-02-23
трубами
Научный руководитель: Голованов Иван
Юрьевич
В М Е С Т Е С О З Д А Ё М Б УД У Щ Е Е

2.

Типовая конструкция двухтрубного
теплообменного аппарата
ТУ 3612-014-00220302-99: кожуховая труба Ø57×4 мм длиной 1400 мм;
теплообменная труба Ø25×3 мм длиной 1500 мм; патрубки межтрубного
пространства из трубы Ø32×4 мм длиной 155 мм; материал двухтрубного
теплообменного аппарата – сталь марки 08Х18Н10Т.
1 – Кожуховая труба; 2 – Теплообменная
труба; 3 – Патрубок ввода теплоносителя
межтрубного пространства; 4 – Патрубок
вывода теплоносителя межтрубного
пространства; I – Теплоноситель трубного
пространства; II – Теплоноситель
межтрубного пространства.
Двухтрубные теплообменные
аппараты используются во
множестве отраслей
промышленности. При этом в
них отмечаются
сравнительно невысокие
интенсивность и
эффективность процесса
теплопередачи. Это, в свою
очередь, негативно
сказывается на
производственном процессе
предприятий в целом. Таким
образом, повышение
интенсивности и
эффективности процесса
теплопередачи в
22
двухтрубных теплообменных

3.

Исходные данные для моделирования
Теплоёмкость стали марки 08Х18Н10Т = 504 Дж/(кг·°С);
Коэффициент теплопроводности стали марки 08Х18Н10Т = 17
Вт/(м·°С);
Теплоносители трубного и межтрубного пространств – вода;
Температура воды на входе в трубное пространство = +60°С;
Температура воды на входе в межтрубное пространство = +20°С;
Объёмный расход воды в трубном пространстве = 1,0‧10-4 м3/с
(величина критерия Рейнольдса 10000);
Объёмный расход воды в межтрубном пространстве от 3,4‧10-4 м3/с
до 1,3‧10-3 м3/с, для соответствия величине критерия Рейнольдса
10000-40000 (турбулентный режим течения в межтрубном
пространстве).
1 – Поперечное сечение
теплообменной трубы в
типовой конструкции;
2 – Поперечное сечение
теплообменной трубы в
форме треугольника Рёло;
3 – Поперечное сечение
теплообменной трубы в
форме эллипса.
S1=S2=S3
33

4.

Скорость потока воды в межтрубном
пространстве типовой конструкции при
Re=40000
44

5.

Скорость потока воды в межтрубном
пространстве с профилем теплообменной трубы
в форме треугольника Рёло при Re=40000
55

6.

Скорость потока воды в межтрубном
пространстве с профилем теплообменной трубы
в форме эллипса при Re=40000
66

7.

Температура потока воды в поперечном сечении
межтрубного пространства при Re=40000
(сечение по центру длины конструкций)
1 – Типовая конструкция;
2 – Конструкция с сечением теплообменной трубы в форме треугольника Рёло;
3 – Конструкция с сечением теплообменной трубы в форме эллипса.
77

8.

Зависимость коэффициента теплопередачи от
величины числа Рейнольдса в межтрубном
пространства
K, Вт/(м2·°С)
1300
Типовая конструкция
Треугольник Рёло
1100
Эллипс
900
700
500
10000
17500
25000
32500
40000 Re
Интенсивность процесса
теплопередачи (характеризуемая
коэффициентом теплопередачи)
достигает наибольших значений в
конструкции двухтрубного
теплообменного аппарата с
поперечным сечением
теплообменной трубы в форме
эллипса.
При поперечном сечении
теплообменной трубы в форме
треугольника Рёло также
наблюдается повышение
интенсивности процесса
теплопередачи, в сравнении с
типовой конструкцией.
88

9.

Зависимость эффективности процесса
теплопередачи от величины числа Рейнольдса в
межтрубном пространства
ΔE, Вт/Вт
45000
Типовая конструкция
Треугольник Рёло
Эллипс
34000
23000
12000
1000
10000
17500
25000
32500
40000 Re
Эффективность процесса
теплопередачи (характеризуемая
отношением количества
передаваемой энергии в виде
тепла к потерям мощности на
перекачивание теплоносителей)
достигает наибольших значений в
конструкции двухтрубного
теплообменного аппарата с
поперечным сечением
теплообменной трубы в форме
эллипса.
При поперечном сечении
теплообменной трубы в форме
треугольника Рёло также
наблюдается повышение
эффективности процесса
теплопередачи, в сравнении с 99

10.

Известные уравнения для описания процесса
теплопередачи