Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в различных отраслях промышленности и .в первую очередь в энергетике, широко применяются различные теплообиенные аппараты. С ростом энергетических мощностей все более увеличивается габариты применяемых теплообменников, поэтому создание компактных теплообменник аппаратов может обеспечить значительную экономно материальных и трудовых затрат. Разработка точных методов теплового н гидравлического расчетов позволит более рационально выбирать марки применяемых металлов и иметь меньший запас по поверхности нагрева.
Все это требует не только совершенствования существующих, но разработки новых элементов оборудования на всех стадиях не только использования органического топлива; но и при производстве, передаче и рациональном использовании тепловой энергии.
Как известно, энергетическая эффективность теплообменной поверхности определяется тепловыми и гидравлическими характеристиками ее элементов, а также организацией течения рабочей среды.
Среди различных конструкций, значительное место занимает теплообменники рекуперативного типа с теплообменной поверхностью из спирально изогнутых труб. Это связано прежде всего с их компактностью и высокой устойчивостью к термомеханическим напряжениям. Наряду с этим винтовое движение теплоносителя в спиральном змеевиковом канале оказывает существенное влияние на характер внутренней теплоотдачи.
Имеющиеся в литературе зависимости для расчета теплоотдачи носят противоречивый характер и дают в отдельных случаях результаты при расчетах, отличающиеся друг от друга в несколько раз. Это объясняется тем, что все формулы получены исключительно экспериментальным путем, без серьезного анализа происходящих процессов, на уэкоспецифических установках, в небольшом диапазоне изменения конструктивных параметров
4.
змеевиков. Все это в комплексе с особенностями методики проведения опытов и объясняет значительный разброс в результатах расчетов по различным рекомендуемым в литературе формулам.
Диссертационная работа посвящена решению актуальной научной и практической задачи разработки надежной методики инженерного расчета теплообмена и гидравлических сопротивлений в спиральной трубном змеевике.
В данной работе проведен комплекс исследований теплообмена и гидравлических характеристик в спиральных трубных змеевиках при протекании внутри труб нагреваемой воды в качестве рабочей среды, при различных конструктивных параметрах змеевиков.
Целью работы было экспериментальное исследование теплообмена в спиральных трубных змеевиках в достаточно широком диапазоне конструктивных и наиболее используемой в эксплуатации области режимных парметров и получение аналитических зависимостей для расчета теплоотдачи и гидравлических сопротивлений. Разработка на основании анализа и математической обработки опытных данных и сопоставление с опубликованный!! литературными данными инженерного метода теплового и гидравлического расчетов теплообмешпгков такой конструкции.
Научная новизна работы. На основании анализа результатов опубликованных ранее работ по исследованиям теплообмена и гидравлики в спиральных змеевиках определены недостатки в методике проведения исследований. С учетом этого разработана и изготовлена экспериментальная установка', оригинальная схема и методика исследования средних и локальных значений теплообмена по длине и периметру трубы змеевика. Впервые получены экспериментальные данные по величине теплообмена на наружной, средней и внутренней образующих трубы змеевика.
Предложены зависимости для расчета тепловых и гидравлических характеристик и температурного режима трубы спирального змеевика.
Практическая ценность. Представленные в диссертации результаты могут быть использованы при конструировании высокоэффективных теплообменников из спиральных труб в
5.
теплоэнергетике и других отраслях промышленности, и в первую очередь для установок, работающих в условиях больших тепловых нагрузок (экранные и др. поверхности нагрева).
Разработана инженерная методика теплотехнических и гидравлических расчетов4 теплобменников со спиральными змеевиками, которая передана для использования в ряд проектных организаций (ГнпроНИИстройдормаш, ТООП Энергобумпром, ВТИ).
Достоверность основных научных результатов и выводов, полученных в работе, обеспечивается правильностью и корректностью постановки задачи, обоснованием выбора методов исследования и конструкцией разработанной и использованной в опытах лабораторной установки и основывается на достаточно большом обьеме экспериментальных исследований. Степень достоверности основных результатов опытов и расчетных формул контролировалось путем сопоставления их с теоретическими и экспериментальными данными, известными из литературы и подтвердилась сопоставлениями с результатами промышленных испытаний.
Личный вклад автора заключается в непосредственном формировании концепции работы, разработке конструкции и изготовлении лабороторной конструкции и изготовлении лабораторной установки, выборе методики исследований и обработки опытных данных и получении расчетных зависимостей для определения коэффициентов теплообмена и гидравлического сопротивления.
На защиту, выносятся
- методика и результаты лабораторных и теоретических исследований тепловых характеристик спиральных трубных змеевиков:
методика и результаты исследования гидравлических характеристик спирально изогнутых труб;
расчетные формулы для определения теплоотдачи, гидравлических сопротивлений и локальных значений температур металла трубы змеевика.
Апробация работы^ Материалы, отдельные разделы и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на
6.
научно-методических семинарах кафедры Теплотехники и котельных установок Московского государственного строительного Университета (1992-1994 гг), кафедры теплотехники Тверского Политехнического института (1993 г), научно-технической конференции в Университете Эль-Мануфия (Египет, 1993 г) и семинаре кафедры теплоэнергетических установок Московского государственного открытого университета (1994 г. ).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 5 статей, подготовлена и принята к печати статья в журнале "Водоснабжение и санитарная техника".
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит страниц машинописного текста, рисунков, список использованной литературы, включающий 89 наименований.
