Курсовая работа / ТМО КП ТФ-12-20

Встраиваемый в пол конвектор.

Рис. 1. Напольный конвектор Varmann Qtherm ECO (Россия)

11

Рис. 2. Встраиваемый в пол конвектор Varmann Electro (Россия)

На первый взгляд это два схожих конвектора, но на деле есть существенное различие в устройстве. В отличии от первого, конвектор на рис. 2 дополнительно оснащен вентилятором для увеличения мощности и быстроты нагрева. Подача воздуха происходит за счёт воздуходувки и индукции. Вентилятор прикрыт фильтром со стороны забора воздуха. Регулировка производится посредством плавного регулятора числа оборотов двигателя. Также, в отличии от первого, в этом конвекторе происходит не естественная, а принудительная конвекция.

12

Рис. 3. Встраиваемый в пол конвектор Kampmann Katherm QK (Германия)

В данном конвекторе также как и предыдущем происходит принудительная конвекция. Холодный воздух всасывается диаметральным вентилятором со стороны окна, равномерно продувается через воздухонаправляющие стенки сквозь размещенный параллельно вентилятору конвектор и выдувается в помещение. Дополнительно из помещения индуктивно всасывается вторичный воздух. Таким образом, эффективно предотвращается поступление холодного воздуха в помещение. Конвектор с вынужденной конвекцией и диаметральным вентилятором работают также по принципу естественной конвекции, однако в этом случае их мощность снижается.

13

В основном, встраиваемые конвекторы предназначены для отопления помещений с большими застекленными проемами. Кроме основной функции (отопления помещений), также предупреждает запотевание стекол и проникновение холодного воздуха в помещение.

Употребляются для вторичного отопления помещений.

Внешний конвектор.

Рис. 4. Напольный конвектор Varmann MINIKON (Россия)

14

Рис. 5. Настенный конвектор VittaEnergo (США)

Рис. 6. Медный настенный конвектор ClassicStyle 1517 (Россия)

Теплопроводность меди превышает теплопроводность стали и чугуна в

15

4-6 раз, алюминия в 1,5-2 раза. Для достижения максимального эффекта теплоотдачи также важна однородность применяемых материалов. При прохождении тепловых волн, на границе неоднородных материалов (например, место сплава меди и алюминия в биметаллических радиаторах) возникает сопротивление, снижающее эффективность передачи тепла, следовательно, и теплоотдачу, в исполнении этого конвектора таких проблем не возникнет, он полностью из меди.

Существенное увеличение теплоотдачи на вертикальном квадратном ребре конвектора и соответственно уменьшение поверхности его нагрева может быть уже достигнуто за счет правильного выбора межреберного расстояния и правильной организации движения воздуха в межреберном пространстве. Однако следует отметить, что такой способ интенсификации должен быть обоснован технико-экономическим расчетом и соображениями удобства монтажа и эксплуатации конвектора. Дело в том, что уменьшение поверхности нагрева плоских ребер при их раздвижении приводит примерно к такому же увеличению длины несущей трубы. При этом возрастает общая площадь поверхности, занимаемой конвектором, усложняется монтаж.

Устройство ребер.

В настоящее время используются 2 схема расположения ребер в теплообменных аппаратах:

А) "Универсал"

16

Рис. 7. Устройство конвектора "Универсал"

Б) "Жалюзийный тип"

Рис. 8. Конструктивная схема конвектора: а — «Универсал»; б — «жалюзи»

Глава 1. Теоретические основы работы.

1.1. Особенности свободноконвективного теплообмена в вертикальных каналах секционного конвектора.

17

На основе анализа процессов течения и теплообмена около вертикальных и наклонных поверхностей и современных представлений о проблеме можно следующим образом представить свободноконвективный процесс в вертикальных каналах, расстояние между которыми обозначим d, а высоту H.

Разность между температурой стенки и температурой жидкости в зазоре tст-tr , вызывает появление выталкивающей силы, под действием которой жидкость движется снизу вверх. Характерная температура tr в зазоре по выстое H возрастает, следовательно, температурный напор t=tст-tr и локальная выталкивающая сила убывают. В результате возникшего свободного движения на вертикальной стенке образуется пограничный слой, толщина которого δ по мере продвижения вверх увеличивается. Следует отметить, что толщина δ зависит не только от высоты H, но и от числа Pr, t, tr, d и в общем случае определяется комплексом d=H¤Ra = d=H¤ (Gr¤Pr). Уменьшение t по высоте стенки в случае ламинарного погранслоя (Ra < 109) приводит к уменьшению локального коэффициента теплоотдачи α. Величина локальной плотности теплового потока, который определяется как q=α(tст-tr), будет также убывать с высотой, причем быстрее, чем α, т.к. q≈α(tст-tr)1.25.

Таким образом для интенсификации процесса теплообмена в плоском вертикальном зазоре необходимо уменьшить высоту H и увеличивать t=tст- tr.

Уменьшение общего вертикального размера теплоотдающей поверхности должно привести к увеличению коэффициента теплоотдачи, уменьшению температуры воздуха в межреберном пространстве и увеличению теплового потока.

Отдельно остановимся на влиянии на движение и теплообмен межреберного расстояния d. Обычно рассматривают не абсолютную величину d, а комплекс d/H. Очевидно, что с уменьшением величины d/H свободное движение замедляется, α и q падают, и при некотором критическом значении d/H возникает эффект «запирания», то есть движение

18

прекращается. По мере увеличения d/H движение возобновляется, сначала носит характер формирующегося, а затем характер «начального участка». Оптимальное расстояние d, при заданном H, равно двум толщинам погранслоя по высоте H. Как следует, по мере увеличения комплекса d*Ra/H, влияние возникшего движения быстро нарастает, но при d*Ra/H > 10 начинает затухать. Таким образом величина dопт зависит от режимных факторов и, строго говоря, является переменной величиной, которую можно определить лишь приблизительно как среднюю для заданного диапазона изменения числа Ra. При значительной величине H в плоском зазоре возникает вынужденное движение, обусловленное явлением «самотяги», и процесс движения и теплообмена носит характер смешанного.

1.2 Перспективные методы интенсификации теплообмена при свободной конвекции в секционных конвекторах.

Все методы интенсификации как вынужденной, так и свободной конвекции, делятся на пассивные и активные.

Для процессов свободной конвекции в секционных конвекторах типа «Универсал», активные методы, связанные с использованием механических средств (вибрация, вращение поверхностей, использование электрических полей, вдув газа через пористую поверхность и т.п.), не являются актуальными.

До сих пор считалось, что пассивные методы, за исключением широко распространенного способа, основанного на применении развитых поверхностей, мало что могут дать для интенсификации теплообмена при свободной конвекции. Хотя методы конструирования единичных и цепочек ребер уже давно хорошо известны, однако почти не уделялось внимания прерывистым развитым поверхностям.

Как показывают исследования последних лет, именно использование прерывистых развитых поверхностей выдвигается на первый план среди пассивных методов интенсификации теплообмена при свободной конвекции. И связано это с тем, что повторное нарастание тепловых слоев на

19

прерывистой поверхности нагрева увеличивает коэффициенты теплоотдачи существенно больше, чем требуется для компенсации площади, теряемой при такой организации поверхности.

Существенное увеличение теплоотдачи на вертикальном квадратном ребре конвектора и соответственно уменьшение поверхности его нагрева может быть достигнуто за счет правильного выбора межреберного расстояния и правильной организации движения воздуха в межреберном пространстве. Однако следует отметить, что такой способ интенсификации должен быть обоснован технико-экономическим расчетом и соображениями удобства монтажа и эксплуатации конвектора. Как показывают предварительные расчеты, уменьшение поверхности нагрева плоских ребер при их раздвижении приводит примерно к такому же увеличению длины несущей трубы. При этом возрастает общая площадь поверхности, занимаемой конвектором, усложняется монтаж.

Глава 2. Экспериментальная установка и оборудование.

2.1 Устройство теплообменной установки.

Принципиальная экспериментальная установка приведена ниже.

Рис. 9. Устройство основной установки

20