Интенсификация теплообмена при течении HNO3 в трубах с кольцевыми турбулизаторами

Heat exchange intensification of flowing HNO3 in tubes with ring turbulizers
Цитировать:
Усманов Б.С., Медатов Р.Х., Мамажонова И.Р. Интенсификация теплообмена при течении HNO3 в трубах с кольцевыми турбулизаторами // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2019. № 10 (67). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/7999 (дата обращения: 23.05.2024).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В данной работе приведены исследование по интенсивности теплообмена при нагреве HNO3 в аппарате с кольцевыми турбулизаторами и по гидравлическому сопротивлению для вышеупомянутых труб.

ABSTRACT

The article deals with research for heat transfer rate during heating process of HNO3 in an apparatus with ring turbulizers and for the hydraulic resistance for the above pipes.

 

Ключевые слова: HNO3, кольцевые турбулизаторы, гидравлическое сопротивление, теплообмен.

Keywords: HNO3; ring turbulizers; hydraulic resistance; heat transfer.

 

Анализ теплообменных аппаратов показывает, что надежность их эксплуатации в условиях использования в качестве охлаждающего агента речных вод Центральной Азии не очень высока. Это обусловлено содержанием примесей и жесткостью воды, которая достигает 10 мг·экв/л [1].

Естественно, эксплуатация в таких условиях ведет к росту термического сопротивления. Термическое сопротивление стенки можно снизить путем уменьшения толщины стенки и увеличением коэффициента теплопроводности материала. Интенсифицировать теплообмен можно путем перемешивания жидкости и увеличения скорости движения [2]. Известно, что даже небольшой рост толщины накипи всего на 1 мм эквивалентен сопротивлению 40 мм материала стенки [3].

Существуют также способы интенсификации теплообмена путем оребрения труб, установкой лопаточных завихрителей, прерывистых шнековых завихрителей различной формы. [4].

Кирпиков В.Г. с сотрудниками предлагает турбулизировать прис-тенный, вязкий слой путем применения кольцевого канала типа диффузор-конфузор, Гомелаури В.И. – путем создания искусственной шероховатости, Дзюбенко Б.В. – применением витых труб, Калинин Э.К. с сотрудниками – путем использования накатанных труб с дискретными или спиральными канавками [5]. Кроме вышеприведенных методов, также можно использовать турбулизирующие вставки в виде диафрагм, располагающиеся на определенном расстоянии одна от другой. Характерной особенностью таких турбулизаторов является переход к турбулентному режиму при Re=140. Вставки в виде дисков с определенным шагом по воздействию на поток близки к диафрагмам. Спиральные вставки из тонких лент при низких значениях Re позволяют повысить коэффициент теплоотдачи в 2-3 раза.

Исходя из физико-механических и диффузионно-тепловых свойств нагреваемой жидкости, а также ее высокую коррозионную активность выбран метод интенсификации теплообмена путем нанесения чередующихся плавно очерченных кольцевых выступов на внутреннюю поверхность трубы.

Опыты по интенсификации теплообмена проведены на гладкой (d=25х2мм) и накатанных трубах из нержавеющей стали X18Н10Т с d/D=0,89÷0,97 и t/D=0,5, числах Рейнольдса Re=8000÷38000.

Исследования по теплоотдаче при течении HNO3 внутри гладкой трубы показали, что данные коррелируют с данными других авторов и хорошо описываются известной формулировкой для расчета Nu в турбулентной области и течения жидкостей [2].

Результаты по нагреву HNO3 с помощью насыщенного водяного пара давлением Р=3 атм. на накатанных трубах обрабатывались в виде функции Nu=f(Re) и ξ=f(Re), а обобщение – по формуле Nu/NuГЛ [5].

 

Рисунок 1. Зависимость интенсивности теплообмена при нагреве HNO3 в аппарате с кольцевыми турбулизаторами

 

На рис. 1 приведены результаты по интенсивности теплообмена при нагреве HNO3 в гладких трубах, в трубах с кольцевыми турбулизаторами в виде плавно очерченных диафрагм. С повышением скорости нагреваемой жидкости независимо от величины d/D происходит повышение интенсивности теплообмена. Так, в гладкой трубе с увеличением скорости потока с Re=8000 до Re=38000 величина Nu возрастает с 48,7 до 169. Аналогичная закономерность сохраняется и для всех изученных труб с различными шагом расположения кольцевых канавок. Сравнение данных, полученных на гладкой и накатанных трубах показывает существенную интенсификацию теплообмена. Так, при Re=18000 для гладкой трубы значения Nu=93, для трубы d/D=0,97 Nu=151,5, для d/D=0,95 Nu=186, для d/D=0,93 Nu=220 и для d/D=0,89 соответственно Nu=270. Рост интенсификации теплобмена для трубы с d/D=0,97 по сравнению с гладкой составил 1,63, для d/D=0,95– 2 раза и соответственно для d/D=0,89 – 2,9 раза.

 

Рисунок 2. Изменение гидравлического сопротивления в трубах с кольцевыми турбулизаторами при нагреве HNO3

 

Исследования по гидравлическому сопротивлению для вышеупомянутых труб проиллюстрированы на рис.2. Как видно из графика, с ростом скорости потока наблюдается небольшое увеличение гидравлического сопротивления. В диапазоне Re=(8÷38)·104 для трубы d/D=0,97 значение гидравлического сопротивления с 1,65 выросло до 1,85. Такой характер зависимости от Re зафиксирован для всех труб. При повышении скорости потока в 5 раз, гидравлическое сопротивление увеличилось на 11÷12%.

Интенсификация теплообмена при помощи кольцевых канавок с плавно очерченными диафрагмами основана на образовании турбулентных вихрей в пристенной области, вследствии искусственно созданных плавных выступов. При этом, термическое сопротивление стенки существенно уменьшается, а это ведет к росту интенсивности теплообмена.

 

Список литературы:
1. Ермаков В.И., Шеин В.С. Ремонт и монтаж химического оборудования. – Л.: Химия, 1981. - 367 с.
2. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 344 с.
3. Петухов Б.С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. – М.: Энергия, 1987. - 411 с.
4. Бажан П.И., Каневец Г.Е., Селиверстов В.М. Справочник по теплообменным аппаратам. – М.: Машиностроение, 1989. - 366 с.
5. Поникаров И.Ш. и др. Машины и аппараты химических производств. - М.: Машиностроение, 1989. –368 с.
6. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. - М.: Машиностроение, 1981. - 205 с.

 

Информация об авторах

заведующий кафедрой «Технология пищевых продуктов», Ферганский политехнический институт, Узбекистан, г. Фергана

Head of department of «Food technology», Ferghana Polytechnic Institute, Uzbekistan, Ferghana

старший преподаватель, Ферганский политехнический институт, Узбекистан, г. Фергана

Senior lecturer, Ferghana Polytechnic Institute, Uzbekistan, Ferghana

ассистент, Ферганский политехнический институт, Узбекистан, г. Фергана

assistant, Ferghana Polytechnic Institute, Uzbekistan, Ferghana

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top