Гидродинамика и теплообмен при течении нелинейно вязко-упругой жидкости в трубах с винтовой накаткой Конахина, Ирина Александровна

Введение к работе

Актуальность проблемы. В условиях экономического кризиса, роста цен на энергоносители, на все виды материалов и услуг на первый план встает проблема снижения металлоемкости и энергопотребления оборудования промышленных предприятий. Все это в полной мере относится к теплообменному оборудованию, как одному из наиболее распространенных видов технологического оборудования.

Особенно остро проблема встает для химической промышленности, характеризующейся высоким удельным объемом теплообменного оборудования в промышленных технологиях. Очень часто рабочие среды, используемые в этом оборудовании имеют высокие значения'эффективной вязкости и проявляют свойства нелинейной вязкости и нелинейной вязко-упругости. 'Следствием этого являются низкие скорости течения, малая производительность, высокая энергоемкость производства и материалоемкость теплообменного оборудования. Кроме того, сложные реологические свойства рабочих сред ведут к усложнению анализа работы и расчета оборудования. .

Таким образом, очевидна потребность разработки методов расчета систем, отличающихся неньютоновским поведением, для проектирования и создания интенсифицированного теплообменного оборудования. Этой проблеме и посвяшена предлагаемая работа. Диссертационная работа связана с Госбюджетной НИР (раздел 1.9.1.2.2 Координационного плана АН СССР, Л* гос.регистрации 01860082657).

Цель работы. Цель настоящей работы заключена в следующем:

1. Получить систему уравнений, позволявшую описать процесс теплообмена при течении в трубах с винтовой накаткой произвольной жидкости, характеризующейся сложностью не выше второго порядка, по классификации, принятой в теоретической гидромеханике.

2. Получить численные результаты тепловых и гидродинамических характеристик исследуемого процесса'..

3. Провести анализ механизма возникновения эффекта интенсификации теплообмена при использовании интенскфикатора в форле винтовой накатки.

4. Исследовать влияние реологических свойств жидкости на процесс теплообмена при течении в трубах с винтовой накаткой.

Научная новизна. К наиболее существенным научным результатам мотно отнести следуюпие:

I. Разработана.математическая модель процесса теплообмена при течении нелинейно вязко-упругой жидкости в трубах с винтовой

накаткой в условиях ламинарного режима.

2. Проведен анализ механизма возникновения эффекта интенсификации теплообмена в трубах с винтовой накаткой.

3. Исследовано влияние реологических свойств жидкости на гидродинамические и тепловые характеристики процесса теплообмена в трубах с винтовой накаткой.

4. Проведено экспериментальное и теоретическое исследование тепловых и гидродинамических характеристик процесса теплообмена при течении вязких и нелинейно вязко-упругих жидкостей в трубах с винтовой накаткой в условиях ламинарного режима.

5. Проведено исследование влияния геометрических размеров винтовой накатки на процесс теплообмена.

Практическая ценность работы. Использование накатанных труб в кояухогрубчатых теплообменниках, работавших на высоковпзких средах позволяет на 30-5 снизить ііетаіМЕЕЮСТЬ б значительно увеличить эффективность использования теплообменных поверхностей при прочих равных условиях.

Разработанные прикладные программы для ЭВМ единой системы могут быть использованы для проектирования и создания интенсифицированного тепло-обменного оборудования.

Результаты работы использованы при практическом внедрении интенсифицированного теллообкенного оборудования на ПО "Хитон" при производстве лаков и красок.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены на конференциях: Республиканская научная конференция "Повышение эффективности энергоснабжения промышленных предприятий", Казань, 1990; First Baltic /feo-t Transfer Conferenc-e,Gsuipr^_tiiieclen_t-/33i П-й Іїикский международный іорум no тепло- и массообмену, Минск, 1992; Юбилейная научная конференция Казанского филиала W3A_t посвященная 25-летию КФ МЭИ, Казань, 1Э93.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, списка ислользо-,. ванных источников и приложений. Работа изложена на 133 стр. ма-инсписного текста, содержит 43 рисунка и 3 таблицы. Список иг-г.ользованккх источников содержит 101 наименование.