Интенсификация процессов теплообмена

Оребрение поверхности нагрева применяется не только для выравнивания термических сопротивлений, но и для интенсификации процессов теплообмена. При этом в зависимости от условий эксплуатации и технологической необходимости могут быть поставлены различные требования: в одних случаях требуется максимальная теплопередача, в других — минимальная масса либо минимальные габаритные характеристики теплообменника.

Правильное решение вопроса об интенсификации процесса теплопередачи может быть получено на основе тщательного анализа частных условий теплопередачи.

В качестве примера рассмотрим числовой расчет коэффициента теплопередачи для плоской стенки. Предположим, с одной стороны стенки греющая среда — вода aг = 5000 Вт/(м²·К), с другой стороны воспринимающая среда — воздух aх = 5 Вт/(м²·К), теплопроводность стенки l = 50 Вт/(м²·К), толщина стенки d = 5 мм. Тогда коэффициент теплопередачи

Вт/(м²·К).

Коэффициент теплопередачи, как видно из примера, определяется величиной самого большого термического сопротивления и будет меньше самого маленького из коэффициентов теплоотдачи. Термическим сопротивлением теплопроводности стенки в расчете можно пренебречь.

Если мы увеличим теплоотдачу со стороны греющей воды в 2 раза то на значении K это практически не отразится; при aг = 40000 Вт/(м²·К), K = 4,9925 Вт/(м²·К). Интенсифицировать процесс теплообмена при этом можно либо развивая поверхность со стороны воздуха рёбрами, либо организовать принудительное движение воздуха, либо применяя совместно оба эти метода. И тогда, при принудительном движении воздуха (предположим, aх = 50 Вт/(м²·К) и увеличив ребрами поверхность теплообмена со стороны воздуха (предположим, в 10 раз) мы получим значение

Вт/(м²·К).

Оптимальное значение коэффициента теплопередачи возникает при равенстве коэффициентов теплоотдачи aг = aх. Дальнейшая интенсификация теплообмена возможна при совместном увеличении коэффициентов теплоотдачи с обеих сторон, либо при равном увеличении площадей поверхностей с двух сторон.

В процессе эксплуатации на теплообменных поверхностях осаждаются отложения, являющиеся значительными термическими сопротивлениями. Например, слой накипи толщиной в 1 мм по термическому сопротивлению эквивалентен слою 40 мм стальной стенки, а слой сажи в 1 мм — 400 мм. Помимо вреда от снижения теплопередачи, отложение накипи на стенке вызывает повышение её температуры, что может оказаться причиной пережога теплообменной поверхности. Поэтому в процессе эксплуатации котельных установок и других теплообменных аппаратов необходимо следить за чистотой их теплообменных поверхностей.