Теоретические основы теплотехники. Ляшков В.И. - 119 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

из которой видно, что уменьшение любого из термических сопротивлений приводит к увеличению k. Поэтому
теплопередающую стенку делают из наиболее теплопроводного материала и минимально допустимой толщины. В этом
случае
δ/λ → 0 и предыдущую формулу можно записать в виде
1
2
2
2
1
1
21
11
11
1
α
α
+
α
=
α
α
+
α
=
α
+
α
=k
.
Из приведенных записей видно, что величина k всегда меньше меньшего из α. Когда α
1
>> α
2
или α
1
<< α
2
, что очень
часто встречается на практике, заметное увеличение
k происходит только при увеличении меньшего из α, в то время как
увеличение большего из
α очень мало изменяет величину k. Действительно, при α
1
<< α
2
из записи k = α
1
/(1 + α
1
/α
2
)
видно, что даже при значительном увеличении
α
2
величина знаменателя, а значит и величина k, меняется незначительно.
При этом увеличение значения
α
1
во столько же раз увеличит числитель и только незначительно увеличит знаменатель. В
результате значение
k увеличится примерно во столько же раз, во сколько увеличилась величина α
1
.
В ы в о д: чтобы увеличить интенсивность теплопередачи следует провести мероприятия, направленные на увеличение
коэффициента теплоотдачи с той стороны, где он меньше.
Знакомство с критериальными уравнениями теплоотдачи для различных групп подобных явлений показывает, что в
большинстве случаев увеличение скорости теплоносителя приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи. Правда, этот
способ увеличения
α, как впрочем и любые другие, имеет и обратную, неприятную сторону, о чем говорилось выше.
Большой эффект, как показала практика, дает оребрение поверхности со стороны, где
α меньшее (подробнее об этом
рассказывалось ранее).
Весьма эффективным средством повышения эффективности теплоотдачи является применение искусственных
шероховатостей. Форма таких шероховатостей может быть различной (см. рис. 2.75). При этом проявляется и эффект
оребрения, но в основном увеличение теплоотдачи происходит в результате гидродинамических изменений в пристенном
слое. Наличие выступов, размеры которых гораздо больше размеров жидкого комка, приводит к турбулизации и срывам
пограничного слоя, образованию вихревых зон вблизи от стенки. Исследования показали, что существует оптимальное
соотношение между высотой
Н и шагом S, при котором величина α наибольшая. Для шероховатостей типа выступ (S /
Н)
опт
= 13 ± 1. При расчете коэффициента теплоотдачи в расчетные формулы вводят поправочный множитель ε
щ
, который
рассчитывают по формуле
ε
щ
= 1,04Рr
0,04
e
0,85a
,
где а = 13 / (S / H) при S / H < 13 (а = (S / H) / 13 при S / H ≥ 13).
Конечно же изготовление искусственных шероховатостей требует дополнительных затрат, а наличие их приводит к
увеличению гидравлического сопротивления. Так что применяют их только в исключительных случаях. Однако часто
экономический эффект от применения искусственных шероховатостей оказывается большим, чем при простом увеличении
скорости теплоносителя, обеспечивающим такое же увеличение коэффициента
α [25].
Аналогичные эффекты возникают и при применении различных искусственных турбулизаторов потока (в виде
лопаточного завихрителя на входе в канал, в виде винтовой закрученной ленты внутри канала и т.п.). С их помощью
удавалось увеличивать величину
α в 1,5 раза, а в коротких трубах – даже втрое. Значительно увеличить интенсивность
теплоотдачи можно применением в качестве теплоносителей высокотемпературных органических жидкостей или
расплавленных металлов, поскольку все они обладают очень высокой теплопроводностью.
Исследования показали, что организация неустановившегося течения с попеременным резким увеличением и
уменьшением скорости приводит к заметному увеличению среднего коэффициента теплоотдачи.
Интенсивность теплоотдачи газообразных теплоносителей можно существенно повысить за счет добавления в поток
твердых частиц (например, графита). Для таких дисперсных потоков наблюдалось увеличение теплоотдачи в шесть – восемь
раз. При этом, конечно же, приходится мириться с быстрым износом поверхности теплообмена.
К увеличению теплоотдачи приводят высокочастотные механические или звуковые воздействия на поверхность
теплообмена, воздействие на пристенный слой переменным электромагнитным полем или электростатические воздействия и
др. В настоящее время влияние таких внешних воздействий широко изучается, они все шире применяются на практике.
Толщина стенки, разделяющей теплоносители при теплопередаче, как уже говорилось, делается по возможности
наименьшей. Но в отдельных случаях по конструктивным соображениям нельзя уменьшить расстояние между
теплоносителями. И тогда тепло передается от одного теплоносителя к другому по достаточно длинному теплопроводу.
Использование в качестве таких теплопроводов металлических тел приводит к утяжелению и удорожанию конструкции.
В качестве эффективных теплопроводов (и в других случаях) в
настоящее время используют тепловые трубы, в которых молекулярные
процессы переноса теплоты заменены конвективными. Устройство таких
труб схематически показано на рис. 2.76. Герметичный металлический
корпус такой трубы заполняется частично или полностью капиллярно-
пористым фитилем и небольшим количеством жидкости. В испарительной
зоне, где тепло подводится к трубе, жидкость кипит, превращаясь в пар,
который через транспортную зону длиной
l проходит в зону конденсации,
где тепло отводится от трубы. Здесь происходит конденсация пара, а
образующийся конденсат за счет капиллярного эффекта (под действием
сил поверхностного натяжения) перемещается снова в зону испарения. Благодаря высокой интенсивности теплоотдачи при
кипении и конденсации, эффективная теплопроводность тепловой трубы (
λ
эф
= ql / ∆t) может в тысячи раз превышать
естественную теплопроводность металлов, при этом такие теплопроводы в сотни раз легче цельнометаллических и гораздо
дешевле. Поэтому применение тепловых труб является весьма перспективным.
жидкость
пар
q
l
q
Рис. 2.76
Устройство
тепловой
трубы

Страницы