CAP. 5 INTENSIFICAREA TRANSFERULUI TERMIC

8/7/2019 CAP. 5 INTENSIFICAREA TRANSFERULUI TERMIC

1/18

CAP. 5 INTENSIFICAREA TRANSFERULUITERMIC

Una dintre principalele cerine pentru aparatele cu transfer de clduro constituie transmiterea fluxului termic impus printr-o suprafa de schimbde cldur ct mai mic. Considernd ecuaia de baz a transferului decldur, medS tSKQ = , se observ c pentru acelai flux termic schimbatntre cele dou fluide din aparat, creterea coeficientului global de schimbde cldur KS permite fie reducerea ariei suprafeei de schimb de cldur S,deci diminuarea costului echipamentului, fie reducerea diferenei medii detemperatur tmed, deci diminuarea costurilor de exploatare (reducereapierderilor exergetice).

Intensificarea transferului termic se bazeaz n special pe mrirea

coeficientului global de schimb de cldur. Tot n aceast categorie intr iutilizarea suprafeelor nervurate (extinse) care conduce la realizarea unoraparate mai compacte i mai ieftine.

Orice metod de intensificare a transferului de cldur pentru a fiadoptat trebuie justificat tehnic i economic prin considerarea investiiilor,a costului energiei de vehiculare a fluidelor, a cheltuielilor de exploatare aaparatului, a comportrii i efectelor produse de aparat prin ncadrarea sa ninstalaia din care face parte. De exemplu, modificarea geometriei suprafeeide schimb de cldur prin utilizarea rugozitilor artificiale este nsoit decreterea coeficientului local de schimb de cldur i n consecin acoeficientului global de schimb de cldur, nsoit de reducerea suprafeei

necesare de schimb de cldur i deci a costului aparatului. n acelai timpns apare i o cretere a coeficientului pierderilor de presiune prin frecare,deci creterea energiei de pompare i a cheltuielilor de exploatare. Esteobligatorie analiza simultan a celor doi factori i determinarea pe baza unorcalcule de optimizare a soluiilor ce se justific a fi aplicate att din punct devedere economic dar i funcional.

Pentru evidenierea principalelor ci de mrire a coeficientuluiglobal de schimb de cldur trebuie pornit de la ecuaia de baz atransferului de cldur. n tabelul 5.1 [30] s-au prezentat cteva cazuri


2/18

Bazele transferului de cldur i mas

numerice extreme, care evideniaz urmtoarele concluzii importante pentrustabilirea strategiei de intensificare a transferului global de cldur:

Tabelul 5.1Efectul diferitelor rezistene termice asupra transferului global de

cldur

Cazul W/(m2.K) W/(m2.K) mm W/(m2.K)kS

W/(m2.K)%

1 50 5000 3 30 49.26 0.4932 50 10000 3 30 49.5 0.495

3 100 5000 3 30 97.1 0.9714 10000 5000 3 30 2500 255 10000 5000 3 300 322 3.25

Coeficientul global de transfer de cldur este mai micdect cel mai mic coeficient de convecie;

n cazul unei diferene mari ntre cei doi coeficieni deconvecie (dou ordine de mrime) coeficientul global de schimb de cldureste determinat numai de cel mai mic coeficient de convecie, rezistenatermic conductiv fiind neglijabil. n acest caz trebuie s intensificm

transferul de cldur pe partea agentului termic cu coeficient de convecieredus, sau s extindem suprafaa de schimb de cldur pe aceast parte; n cazul n care cei doi coeficieni de convecie sunt

apropriai, rezistena termic conductiv poate avea o pondere important,micorarea sa prin reducerea grosimii peretelui i utilizarea unui material cuo conductivitate termic mai mare, putnd mri coeficientul global detransfer de cldur. n acest caz trebuie acionat i pentru intensificareaconveciei la ambii ageni termici.

5.1 INTENSIFICAREA TRASNFERULUI TERMIC

CONVECTIV

5.1.1 Metode de intensificare

n prezent exist mai multe mecanisme de intensificare a transferuluide cldur convectiv monofazic funcie de tipul curgerii :

pentru curgerea laminar, se recomand intensificarea transferuluide mas de la perete la centrul curgerii i invers. Acest lucru se poateobine prin utilizarea suprafeelor ce prezint schimbri de direcie

212


3/18

Intensificarea transferului termic

(evi cu caneluri, plci ondulate) i a inseriilor (Kenics, Heatex,etc.);

pentru curgerea turbulent, rezistena termic fiind concentrat nstratul limit din vecintatea suprafeei peretelui, se recomandperturbarea acesteia prin obstacole de mic grosime, amplasate peperete (nervuri, evi cu rugozitate continu, plci ondulate),generarea de curgeri secundare (caneluri, inserii de benzi rsucite),limitarea dezvoltrii stratului limit prin utilizarea suprafeelordiscontinue (de exemplu nervuri discontinue) sau prin reducerea

diametrului hidraulic.In cazul fierberii principalele ci de intensificare ale transferuluicldur sunt legate de intensificarea procesului de nucleaie i de mrireaturbulenei n masa de fluid.

Pentru intensificarea transferului termic la condensare se realizeazpe dou ci principale : micorarea grosimii sau ruperea peliculei decondensat i trecerea de la condensarea pelicular la cea nucleic.

Principalele metode de intensificare a transferului de cldurconvectiv pot fi clasificate n ase categorii [5]:

modificarea naturii suprafeei de schimb de cldur prin acoperiricu substane speciale;

modificarea strii suprafeei de schimb de cldura (porozitatea irugozitatea suprafeei de schimb de cldur);

exinderea suprafeelor de transfer de cldur prin utilizareanervurilor;

utilizarea generatorilor de turbulen ce creaz o curgere elicoidal

a fluidului; utilizarea generatorilor de turbulen ce favorizeaz amestecarea

fluidului n seciunea transversal;

modificarea geometriei suprafeei de schimb de cldur prinondulri sau caneluri pentru producerea unui efect capilar.

Tabelul 5.2 sintetizez domeniile de aplicare a fiecreia din cele asemetode de intensificare prezentate.

Tabelul 5.2

213


4/18


Domeniile de aplicare a metodelor de intensificare a transferului termic

Metoda deintensifi-

care

MonofazicVapori-

zareConden-

sareFiguri

laminar turbulent

0 1 2 3 4 5

Acoperiri - -

Acopeririporoase

Acoperiri

hidrofobe

Rugozitatei

porozitate

- -

suprafeecu

structuriporoaseintegrale

plci ondulate (n specialpentru lichide)

plci ondulate

- evi cu rugozitate continu

evi curugozitate

discontinu(rugoziti de

nlime mare)

evi cu rugozitate discontinu(rugoziti de nlime mic)

Suprafee

extinse

plci cu nervuri (n specialpentru gaze)

plci cu nervuri

evi cu nervuri interioare (n special pentru lichide)

evi cu nervuri exterioare(nlimi mici pentru

lichide, mari pentru gaze)

evi cu nervuriexterioare de nlimi

mici

0 1 2 3 4 5

214


5/18


Curgereelicoidal

inserii de benzi rsucite

inserii n form de stea(cu 5, 6 sau 12 vrfuri)

evi cu nervuri elicoidale

Amestecal

fluiduluin

seciuneatransver-

sal

inseriiKenics

inseriiHeatex

inserii cudiscuri

inserii cubile

(sfere)

inseriiresort

(diametru

mare alsrmei)

inserii resort(diametrul mic al

srmei)

inserii cubenzi

rsucite

Suprafeecu efect

capilar

evi cu caneluriinterne

evi cunervuripirami-

dale

evi cucaneluri

exterioare

215


6/18


5.1.2 Nervurile

Utilizarea nervurilor pentru intensificarea transferului de cldur estefrecvent ntlnit n cazul transferului de cldur gaz-lichid sau gaz-gaz,acolo unde coeficientul de schimb de cldur local dintre perete i gazulaflat n general n circulaie forat este foarte mic .

Pentru suprafeele plane, n practic sunt ntlnite diferitegeometrii de nervuri [5] :

nervuri netede, care formeaza seciuni de curgere de form

rectangular (fig.1.1a) sau triunghiular (fig.5.1b), pentru carecorelaiile de transfer de cldur sunt cele clasice pentru canalenetede;

nervuri ondulate (fig.5.1c), care impun un canal de curgere ondulati permit ameliorri considerabile ale coeficientului de transfer decldur;

nervuri perforate (fig.5.1d), ce permit o uoarameliorare a transferului de cldur pentru numereReynolds mai mari ca 2000;

nervuri discontinue (fig.5.1e), cu lungimea lcuprins n general ntre3 i 6 mm, pentru care exist formule generale de calcul al

coeficientului de transfer de cldur i a coeficientului de frecarepentru gaze, funcie de numrul Stanton i factorul lui Colburnj [23]

nervuri cu fante (fig.5.1f), care conduc la performane comparabilecu cele ale nervurilor discontinue. Formulele generale pentrucalculul coeficientului de transfer de cldur i a coeficientului defrecare la gaze pentru aceste nervuri sunt de asemenea exprimatefuncie de numrul lui Stanton i factorul lui Colburn j [15].

a) b)

216


7/18


c) d)

e) f)

Legend:b grosimea nervurii; h nlimea nervurii; l lungimea nervurii; hp nlimea fantei; s pasuldintre nervuri; lp lungimea fantei; tgrosimea nervurii ; sp pasul ntre fante

Fig. 5.1 Plci cu nervuri

(a) nervuri netede cu seciunea de curgere rectangular; b) nervuri netede cuseciunea de curgere triunghiular; c) nervuri ondulate; d) nervuri perforate; e)nervuri discontinue; f) nervuri cu fante.

n cazul suprafeelor cilindrice (evi)cele mai utilizate geometrii deevi cu nervuri exterioare sunt :

evi cu nervuri exterioare circulare netede (fig.5.2a), obinute fie prinextrudare, fie prin fixare direct pe eav. Corelaiile pentru calcululcoeficientului de transfer de cldur i a factorului de frecare sunt

217


8/18


diferite pentru nervurile nalte (nlimi mai mari ca 10 mm) [36] ipentru nervuri joase (nlimi mai mici ca 2 mm) [35];

evi cu nervuri exterioare ameliorate: nervuri perforate (fig.5.2b ic), nervuri constituite dintr-un fir metalic (fig.1.2d) i nervuriaciculare (fig.1.2e);

evi cu nervuri exterioare plane continue netede (fig.5.3a), ondulate(fig.5.3b) sau cu fante (fig.5.3c). Aceste geometrii sunt cel mai desntlnite la bateriile de climatizare. n cazul nervurilor ondulate saucu fante se pot nregistra creteri ale coeficientului local de transfer

de cldur de 30 % i respectiv de 50-100 %, comparativ cunervurile netede.

Fig. 5.2 evi cu nervuri exterioare circulare(a) nervuri netede; b) i c) nervuri perforate; d) nervuri cu fir metalic; e) nervuri

aciculare

218


9/18


Legend:De diametrul exterior al evii; SL pasul longitudinal ntre evi; STpasul transversal ntre evi;

s pasul ntre nervuri

Fig. 5.3 evi cu nervuri exterioare plane continue(a) nervuri netede; b) nervuri ondulate; c) nervuri cu fante

Nervurarea suprafeelor de transfer de cldur n cazul lichidelorsepoate face att la interiorul ct i la exteriorul evilor. Deoarece coeficientulde transfer de cldur al unui lichid este superior celui corespunztor unuigaz, nervurile sunt n general mai puin nalte, pentru creterearandamentului lor. Creteri de suprafa prin nervurare de 1,5-3 ori fa desuprafaa neted sunt frecvent ntlnite la lichide, n timp ce pentru gaze

aceste valori depesc curent valoare de 20. n cazul nervurilor exterioareacestea pot fi circulare netede (fig.4.1a) sau plane netede (fig.4.2a) [7],obinute prin extrudare. Nervurarea evilor n cazul lichidelor se poate aplicaatt n regimul de curgere laminar ct i turbulent.

Nervurile interioare, mai rar utilizate, pot fi drepte i paralele cudirecia curgerii sau pot prezenta o form elicoidal (tab. 1.1).

Un aspect important n realizarea evilor sau plcilor nervurate lconstituie modul de fixare a nervurilor pe suprafaa de baz, rezistena decontact ce apare n acest caz jucnd un rol foarte important. Se pot obinerezistene de contact neglijabile n cazul extrudrii nervurilor la evile din

219


10/18


cupru sau aluminiu i la sudare sau lipirea nervurilor pe suprafaa primar.Din contr, n cazul nervurilor fixate prin sertizarea sau expansiunea evii,rezistenele de contact nu mai sunt neglijabile.

5.1.3 Inseriile

Inseriile sunt dispozitive sunt introduse n evile netede care permitameliorarea transferului de cldur n special prin favorizarea curgerilorrotative sau prin amestecarea liniilor de fluid, dar i prin constituirea lor ca orugozitate ce distruge stratul limit din apropierea peretelui. Acestedispozitive prezint avantajul c pot fi instalate n schimbtor si dupconstrucia sa, natura materialului suprafeei de transfer de cldurneconstituind un obstacol n utilizarea inseriilor.Principalul lor dezavantajeste legat de creterea puternic a pierderilor de presiune

Dispozitivele care favorizeaz amestecarea liniilor de fluid (tab.5.2)acioneaz n general n toat seciunea de curgere cum ar fi dispozitivelestatice (inserii statice de amestec) (Kenics i Heatex), sau inseriile cudiscuri sau bile utilizate n cazul fluidelor vscoase n regim de curgerelaminar.

Utilizarea inseriilor resort(tab.5.2) n regim laminarpoate conducela creterea coeficientului de transfer de cldur fa de eava neted de 4ori (pentru acelai numr Reynolds), n timp ce creterea coeficientului defrecare este inferioar acestei valori [45]. Dac se considera ca indice deperforman al suprafeelor ameliorate raportul dintre numrul Stanton icoeficientul de frecare, inseriile resort prezint o valoare a acestui indicenet superioar celorlalte insertii (Kenics, Heatex, inserii cu discuri sau bile).Aceste inseriile pot fi utilizate i n regim turbulentcu perfornae bune [28].

Inseriile n form de stea (tab. 5.2) sunt constituite dintr-o piesextrudat din aluminiu, prezentand o form de stea cu 5, 6 sau 12 coluri.Contactul ntre inserie i eav este asigurat prin etirarea evii. Extinderea

suprafeei de transfer de cldur este foarte important n acest caz iar ointensificare semnificativ a transferului de cldur poate fi obinut i pringenerarea unei curgeri secundare dac inseria este rsucit.

Inseriile cu benzi rsucite (tab. 5.2) reprezint o metod particular,simplu de aplicat, pentru care performanele sunt cunoscute. Intensificareatransferului de cldur se realizeaz prin trei aciuni : reducerea diametruluihidraulic al evii, generarea unei curgeri rotative ce conduce la vitezeridicate i extinderea suprafeei interne de schimb de cldur n condiiileunui bun contact perete-inserie i a unei conductiviti ridicate amaterialului folosit pentru inserie. Performanele obinute cu aceste inserii

220


11/18


sunt diferite funcie de regimul de curgere laminar [19] sau turbulent [42].Parametrul utilizat n general pentru caracterizarea geometriei inseriei esterata deformrii (twist ratio) y, definit ca raportul dintre lungimea benziicorespunztoare unei rasuciri de 180 i diametrul interior al evii. Unghiulelicei ce consituie banda este legat de acest parametru prin relaia

( ) yatg 1= .

5.1.4. Suprafeele rugoase

Utilizarea suprafeelor rugoase este specific att schimbtoarelor decldur cu plci ct i a celor cu evi, la interiorul sau exteriorul peretelui.Rugozitile pot fi grupate n trei categorii (figura 5.4): rugoziti n treidimensiuni de tip granular, ondulri n dou dimensiuni caracterizate prinobstacole repartizate uniform pe perete, caneluri n dou dimensiunirepartizate uniform pe perete. Pentru caracterizarea geometriei acestorrugoziti au fost definite urmtoarele numere adimensionale :

Rugozitate uniform(n trei

dimensiuni)

Rugozitate n doudimensiuni tip ondulri

Rugozitate n doudimensiuni tip caneluri

Geometriede baz

Geometriicu diferitevalori p/e

Geometriicu diferiteforme ale

obstacolelor

Fig. 5.4 Tipuri de rugoziti

nlimea relativ a rugozitii, definit ca raportul dintre nlimea ea obstacolului i diametrul hidraulic Dh al canalului ( hDe*e = );

221


12/18


pasul relativ al rugozitilor, definit ca raportul dintre pasul p dintredou obstacole i diametrul hidraulic Dh al canalului ( hDp*p = );

forma rugozitii; n cazul obstacolelor bidimensionale, unghiul obstacolului a cu

direcia curgerii.

Legend:

sensul curgerii; - - strat limit; recirculare

Fig. 5.5 Diferite tipuri de curgere n spatele obstacolului

Curgerea n vecintatea obstacolului, cum este reprezentat n figura 5.5,este dependent de raportul p/e. Astfel, dup desprinderea de la perete, stratullimit se reface la o distan cuprins ntre 6e i 8e de ultimul obstacol. La

aproximativ ceast distan coeficientul de schimb de cldur atinge valoare samaxim, valoare n general superioar de cteva ori celeia din faa obstacolului. Cuct raportul p/e este mai mic, apare o recirculare ntre dou obstacole, fra punct dede refacere a stratului limit. S-a constatat c optimul din punct de vedere altransferului de cldur corespunde unor valori ale raportului p/e situate ntre 10 i15. Calculul coeficientului de transfer de cldur i a pierderilor de presiune s-arealizat prin determinarea numrului lui Stanton i a coeficientului de frecare, cu oformulare general bazat pe anlogia ntre transferul de cldur i mas [47].

5.1.5 Intensificarea transferului termic la fierbere

222


13/18


La fierberea nucleic, coeficientul de schimb de cldur estedeterminat de numrul centrelor de nucleaie aflate pe suprafaa de schimbde cldur, precum i de realizarea unor condiii optime de amorsare aacestora. De aceea, folosirea suprafeelor rugoase (care prezint un numrmare de caviti) conduce la obinerea unor coeficieni de schimb de cldurmari. Creterea coeficientului de schimb de cldur cu mrirea rugozitiieste cu att mai nsemnat, cu ct presiunea redus Pred (raportul dintrepresiunea de saturaie i presiunea critic) a sistemului considerat este maimic. De exemplu, creterea rugozitii unei suprafee plane de la 1 m la

10 m determin mrirea coeficientului de schimb de cldur cu 56%, dacpresiunea redus este de 0,03, i cu 38%, dac presiunea redus este de 0,3(fig. 5.6) [5].

0

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Rugozitatea sprafe\ei ( m)

Cre]terearelativacoeficientuluilocaldetransferdecaldura[

fierbereanucleicfatadevaloa

recorespunzatoareuneiplacic

rugozitatea

de1m(%)

Pred = 0,03

Pred=0,3

Pred=0,9

Fig. 5.6 Mrirea coeficientului de transfer de cldur n fierberea nucleic funciede rugozitatea suprafeei i presiunea redus

Trebuie sublinat c, n timpul procesului de fierbere, o parte din cavitileactive ale suprafeei pot fi dezamorsate: lichidul care ptrunde n cavitate dupdesprinderea bulei de vapori condenseaz vaporii rmai n cavitate, dezactivndcentrul de nucleaie. Acest fenomen, numit instabilitate a centrului de nucleaie,este determinat, n special, de forma cavitii. Astfel, o cavitate tip pung (fig.5.7b) [48] reprezint un centru de nucleaie cu o stabilitate superioar fa de cavitilecilindrice sau conice (fig.5.7 a). Deci, pentru intensificarea transferului de cldurla fierberea nucleic, suprafaa trebuie s aib un numr mare de caviti (centre denucleaie) active i stabile n timp. Aceast condiie este ndeplinit de suprafeeleacoperite cu straturi metalice poroase (formate, de exemplu, prin sinterizare) sau de

223


14/18


suprafeele cu geometrii speciale prezentate n tabelul 5.2 (Thermoexcel E, GewaT) sub denumirile lor comerciale, care au un numr mare de caviti tip pungconectate ntre ele.

Fig. 5.7. Cavitate conic dezactivat (a) i cavitate tip pung (b)

Intensificarea transferului termic n fierberea la convecie foratse poate realiza prin folosirea suprafeelor cu rugozitate artificial(uniform sau discret) sau cu geometrii speciale pentru intensificareafierberii nucleice. Un exemplu de eav cu rugozitate artificial careintensific procesul de fierbere la convecie forat este cea cu un numrmare (5070) de nervuri interioare elicoidale de nlime mic (nudepete 0,2 mm), prezentat n tabelul 5.2. Ea este utilizat, de exemplu,

n construcia vaporizatoarelor din instalaiile frigorifice.Fierberea la convecie forat poate fi intensificat i prin utilizareageneratorilor de turbulen care realizeaz o curgere elicoidal (benzile

rsucite). Acestea pot fi amplasate, eventual, numai n zonele cu fluxuritermice unitare maxime producndu-se astfel intensificarea transferuluitermic cu un efect redus asupra puterii totale de pompare. La fierberea ninteriorul evilor se folosesc i inseriile n form de stea (nervuri radiale dinaluminiu dispuse n interiorul evii), prezentate n tabelul 1.34. Aceastsoluie este folosit, n special, la vaporizarea agenilor frigorifici n interiori curgerea apei la exterior.

Unul dintre indicii care caracterizeaz performanele geometriilor

suprafeelor folosite pentru intensificarea fierberii este raportul dintreexcesul de temperatur (diferena dintre temperatura peretelui i temperaturafluidului la saturaie) corespunztor fierberii pe suprafea neted i excesulde temperatur realizat n procesul de fierbere intensificat (pe suprafaa cugeometrie modificat), pentru acelai flux termic unitar transmis, raport carereprezint de fapt de cte ori s-a intensificat transferul de cldur convectiv .De exemplu, n cazul fierberii agentului frigorific R113 la un flux termicunitar de suprfa de 10 kW/m2, acest indice este 7 pentru evi cu geometriasuprafeei de tip Thermoexcel-E i 2,5 pentru evi cu geometria suprafeeide tip GEWA-T [32].

224

a b


15/18


5.1.6. Intensificarea transferului de cldur la condensare

Intensificarea transferului de cldur la condensare se obine princrearea condiiilor pentru obinerea condensrii nucleice (n picturi) i prinmicorarea grosimii peliculei de condensat, n cazul condensrii peliculare.

Apariia i meninerea condensrii nucleice poate fi determinat prinacoperirea suprafeei de schimb de cldur cu materiale hidrofobe ca, deexemplu, metale nobile sau teflon. Folosirea metalelor nobile este limitatde preul ridicat al acestora. Teflonul prezint inconvenientul unei

conductiviti termice reduse, care diminueaz efectul favorabil alcondensrii n picturi asupra transferului termic. De aceea, stratul de teflontrebuie s aib o grosime foarte mic. Dintre rezultatele experimentale sepot meniona cele prezentate de Depew i Reisbig [16] care au evidentiat cacoperirea unei evi de diametru de 12,7 mm cu un strat de teflon cugrosimea de 1,27 m a condus la dublarea valorii coeficientului de transfertermic.

n cazul condensrii peliculare, ntlnit de obicei n aparateleindustriale, intensificarea transferului de cldur se bazeaz pe micorarearezistenei termice a peliculei de condensat. Aceasta se realizeaz prinmrirea turbulenei n pelicul i, n special, prin micorarea grosimii

peliculei. Att creterea turbulenei condensatului, ct i micorarea grosimiipeliculei se obin prin mrirea vitezei vaporilor; acesta determin ondulareaaccentuat a suprafeei peliculei i chiar ruperea parial a acesteia npicturi.

Pentru micorarea grosimii medii a peliculei, se prefer poziionareaorizontal a evilor fa de cea vertical i se folosesc suprafee de schimbde cldur cu obstacole artificiale, care rup pelicula de condensat format,sau cu geometrii speciale, care favorizeaz scurgerea condensatului subaciunea forelor de tensiune superficial. La condensarea n evileorizontale, se pot folosi generatori de turbulen ca, de exemplu, benzilersucite.

evile cu talere (fig.5.8) menin, pe toat suprafaa lor, o grosimemedie a peliculei de condensat redus. Talerele reprezint obstacole ndrumul condensatului format, rupnd pelicula de pe suprafaa evii.Diametrul exterior al talerelor trebuie s fie suficient de mare pentru calichidul s se scurg de pe ele n picturi.

Dintre evile cu geometrii ale suprafeei care favorizeaz scurgereacondensatului sub aciunea forelor de tensiune superficial se menioneaz:evile canelate, evile orizontale cu nervuri transversale i evile cu nervuripiramidale (tab.5.2). evile canelate reprezint una dintre cele mai eficientegeometrii utilizate n cazul condensrii. Ele se folosesc la aparatele

225


16/18


vaporizatoare cu evi verticale n care vaporii condenseaz n exteriorulevii, iar lichidul se vaporizeaz n eav. Canelurile pot fi paralele cu axaevii sau nclinate fa de aceasta, evile din a doua categorie avnd ocapacitate mai mare de preluare a diferenelor de presiune. Pentru aceastgeometrie, intensificarea transferului termic este rezultatul scurgeriicondensatului n anurile profilului sub aciunea forelor de tensiunesuperficial. Astfel, n regiunea crestelor profilului, coeficienii de conveciesunt ridicai, coeficientul de convecie mediu pe suprafaa acestei evi fiindmult mai mare (aproximativ, de ase ori) dect n cazul unei evi netede. In

plus, eava canelat mrete i suprafaa de schimb de cldur pe unitatea delungime. Scurgerea condensatului n anurile profilului determinmeninerea practic constant a coeficientului de convecie pe lungimea evii.evile canelate pot fi prevzute cu talere pentru limitarea niveluluicondensatului din anurile profilului suprafeei. Datorit aceluiai fenomendeterminat de forele de tensiune superficial, intensificarea procesului decondensare se obine i pe evile verticale care au lipite n lungul lor fire desrm.

evile orizontale cu nervuri transversale de nlimi mici suntfolosite pentru intensificarea condensrii de mai muli ani. Gradienii depresiune creai de tensiunea superficial favorizeaz scurgerea

condensatului (fenomenul de reinere a condensatului), ns, capilaritateadetermin totodat reinerea condensatului n spaiile dintre nervuri, lapartea inferioar a evii, micornd transferul termic n aceast zon. Pentrureducerea acestui efect negativ, distana dintre nervuri se stabilete nfuncie de natura fluidului i parametrii funcionali. evile orizontale cunervuri transversale de nlimi mici mresc considerabil coeficientul deconvecie la condensare. Astfel, coeficientul de convecie obinut lacondensarea vaporilor de R-11 pe o eav orizontal cu 1378 nervuri/metru,nervurile avnd un diametru exterior de 19 mm i o nlime de 0,9 mm,este de 5,28 ori mai mare dect coeficientul de convecie la condensareaaceluiai agent frigorific pe o eav neted cu acelai diametrul exterior

[48]. Acest rezultat a fost stabilit pentru o temperatur a fluidului la saturaiede 35 C i o diferen ntre temperatura la saturaie i temperatura pereteluide 9,5 C.

226

TalerCondensat


17/18


Fig. 5.8 eav cu talere

Suprafaa cu nervuri piramidale este folosit, de asemenea, pentruintensificarea transferului termic la condensare. Pe suprafaa nervurilorgrosimea peliculei de condensat este redus, condensatul fiind drenat nanurile formate ntre irurile de nervuri, sub aciunea forelor de tensiunesuperficial

n cazul condensrii la ineriorul evilor intensificarea transferului decldur se realizeaz cel mai frecvent prin utilizarea nervurilor interioare sau ainseriilor statice de amestec. n figura 5.9 se prezint rezultatele obinute de Azer

i Said [41] privind mrirea coeficientului mediu de transfer de cldur lacondensarea n interiorul evilor prin mecanismele menionate.

Fig. 5.9 Coeficientul mediu de transfer de cldur la condensarean interiorul evilor

5.2 INTENSIFICAREA TRANSFERULUI TERMICPRIN RADIAIE

227


18/18


n cazul transferului de cldur prin radiaie ntre dou suprafeesolide separate printr-un mediu diaterm, fluxul termic net schimbat,respectiv coeficientul echivalent de radiaie,pentru valori date aletemperaturilor, cresc cu mrirea factorului de emisie redus al sistemuluiconsiderat. Ca urmare, mrirea coeficientului echivalent de radiaie estedeterminat de folosirea suprafeelor cu factori de emisie ridicai istabilirea unor poziii reciproce a suprafeelor care s conduc la mrireafactorului de emisie redus al sistemului.

Fluxul radiant net cedat de gazele de ardere nveliului solid care le

conine este determinat de suprafaa de schimb de cldura, temperaturile ifactorii de emisie ce caracterizeaz gazele de ardere i respectiv suprafaa[30]. Conform acestor dependene, intensificarea transferului de cldur, nacest caz, este determinat de marirea temperaturii gazelor de ardere ifolosirea unor suprafee cu factori de emisie mari i de creterea factoruluide emisie al gazelor de ardere. La o temperatur i o compoziie date pentrugazele de ardere, factorul de emisie al gazelor de ardere crete cu mrireagrosimii efective a stratului radiant, care poate realiza prin alegereacorespunztoare a geometriei spaiului n care se afl gazele astfel nctraportul ntre volumul ocupat de acestea i suprafaa nchisde volum s fiect mai mare.

228

CAP. 5 INTENSIFICAREA TRANSFERULUI TERMIC

Documents

Transcript of CAP. 5 INTENSIFICAREA TRANSFERULUI TERMIC

Utilaj termic

Calcul termic

Echilibrul termic

Comunicatul de la Bruges privind intensificarea cooperării europene ...

Ingineria Transferului de Caldura -Alex

Stefanescu - Bazele transferului de căldură şi masă în construcţii

MODELAREA CU ELEMENT FINIT A TRANSFERULUI TERMIC LA … · termodinamicii (eficien a Carnot): 1 1 2 T T ... Având în vedere c ă s-a realizat simularea montajului cu FEMM se ia

Calculul motorului termic

termic bun11

Metode pentru intensificarea creşterii puietului la familiile de albine.docx

Motor Termic

PCMAI Calcul Termic MAS

Calculul termic -proiect

aspecte ale transferului de căldură în condensatorul instala iilor ...

Analizatorul cutanat(termic)

Calculul Termic MB

· 7/030 7/031 7/032 7/033 punctultermic 15 punctul termic punctul termic punctul termic punctul termic punctul termic punctul termic 15 15 15 15 15 15 4.4.3/009

Bazele Transferului de Caldura Si Masa

Studiul Experimental Al Transferului de Caldura La Fierbere

CAP. 5 INTENSIFICAREA TRANSFERULUI TERMICadrian-badea.ro/wp-content/uploads/2015/07/TCM_Capitolul_5.pdf · Intensificarea transferului termic 213 obţine prin utilizarea suprafeţelor