6.9. Теплопередача жидких металлов

Отличительной особенностью жидких металлов является высокая теп­лопроводность.

В отличие от жидкостей, в которых тепло передается преимущест­венно конвекцией, основной механизм теплообмена жидких метал­лов — процесс теплопроводности. Теплопередача жидких металлов незначительно зависит от режима течения жидкости (т. е. от того, тур­булентный он или ламинарный). Они также обладают незначительной кинематической вязкостью и низким парциальным давлением. Бла­годаря этим свойствам жидкие металлы нашли широкое применение в качестве теплоносителей теплообменных аппаратов ядерных реакто­ров, от которых необходимо отводить большое количество тепловой энергии. Хорошо известными уравнениями для определения теплооб­мена в трубах являются уравнение Лайона

1Чи = 7 + 0,025 (Ке-Рг)⁰-⁸ (6.11)

для условия, когда на теплопередающей поверхности поддерживает­ся постоянная плотность теплового потока, и уравнение Зебана— Шимазаки

Ни = 4,8 + 0,025 (Ке-Рг)⁰-⁸ (6.12)

для условия, когда на теплопередающей поверхности поддерживается постоянная температура.

Для параллельных пластин и кольцеобразного слоя с О₀/^г < 1,4 при условии постоянной плотности теплового потока в работе [6.25) приводится следующее уравнение:

Ии = 5,8 + 0,02 (Ке-Рг)⁰-⁸. (6.13)

6.10. Средства усовершенствования характеристик теплообменных аппаратов

При проектировании теплообменных аппаратов такие вопросы, как иазначение, размеры, масса, стоимость, удобство регулирования, за­служивают самого тщательного внимания. Конструктор должен стре­

139

миться к тому, чтобы теплообменник обеспечивал по возможности наиболее высокие параметры теплообмена. Этого можно достичь раз­личными средствами, например, увеличив скорости потоков жидко­стей, развив площадь теплопередающей поверхности или турбулиза-цию потоков теплоносителей. В основу разработки высококачествен­ных компактных теплообменных аппаратов могут быть положены различные решения. Для заданной разности температуры между пото­ками жидкостей высокая интенсивность теплопередачи достигается за счет высокого параметра теплопередачи УС.

Применительно в основном к кожухотрубным теплообменным ап­паратам для этой цели используются два способа: оребрение труб и турбулизация потоков.

Оребрение поверхностей. В практике общепринято развивать по­верхности обычно с помощью ребер и шипов, которые повышают ин­тенсивность теплопередачи теплообменного аппарата.

Так как температура поверхности по высоте ребра не может под­держиваться равной базовой температуре, то действительная эффек­тивность ребра ниже, чем та, которая была бы, если бы температурный гр'адиент вдоль ребра отсутствовал. Эффективность ребра входит в мо­дифицированные соотношения значений местных коэффициентов тепло­отдачи, используя которые основное выражение для параметра тепло­передачи теплообменных аппаратов с непосредственной теплопереда­чей можно записать так:

(Х)г т* («*))г ыът (о*1)х '

где ц — 1 — (Р-р/Р) (I — %); = Ж1аР^, Ж — параметр теплопе­редачи, Вт/° С (см. табл. 2.3 для поверхности с ребрами различной кон­фигурации); Р — полная площадь поверхности, м²; Р_р — площадь по­верхности ребра, м²; р _ст—площадь поверхности стенки без учета ребер, м²; б — толщина стенки, м.

Соотношение для оребренных труб, расположенных в шахматном порядке, было получено Бригсом и Янгом. Значение коэффициента теплоотдачи а может быть получено из уравнения

ГЧи = 0,134 (Ке)⁰'⁶⁸' (Рг)⁰-³³ * (з1Ь)°> ^пз , (6.15)

где n11 = Э^а/Х — критерий Нуссельта; Ке = О₀и_т/(х— критерий Рей­нольдса; Рг = с_рц/Х—критерий Прандтля; И₀ — внешний диаметр трубы, м; и_т — массовая скорость, рассчитанная для минимальной теплопередающей поверхности без учета ребер, кг/(м²-с); ^„„н = = (2т/Рыъп', ⁵— шаг оребрения, м; / — высота ребра, м; "Ь — тол­щина ребра, м. Значения физических свойств с_р, \х, X берутся при тем­пературе смешения жидкости 1_Ж.

Турбулизаторы. Турбулизаторы обычно устанавливают в каналах кожуха для организации механического перемешивания жидкости и удлинения пути прохождения потока внутри корпуса. Увеличение степени турбулизации и скорости потока жидкости через-смесители ведет к повышению коэффициента теплопередачи кожуха теплообмен-

140

ника. Приближенное выражение для определения коэффициента теп­лопередачи кожуха имеет вид 16.5]

ГТи = 0,36 (Ке)⁰;*! (Рг)⁰-³³ (ц/цст)⁰'¹⁴ , (6.16)

где Nи = аО/Х— критерий Нуссельта; Ке = Ои_т/\х — критерий Рейнольдса; Рг = с_рц/Х— критерий Прандтля; О — гидравлический диаметр, м; и_т — массовая скорость, кг/(м²-с), рассчитанная на ми­нимальную теплопередающую поверхность без учета ребер. Значения физических свойств с_р, |я, X берутся при температуре смешения жид­кости г_ж.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ