9.3. Теплопередача через оребренную стенку

Для цилиндрических стенок ребра могут быть направлены вдоль образующей цилиндра, по винтовой линии или перпендикулярно оси, как показано на рис. 9.2 а. Оребрение выполняется со стороны теплоносителя с меньшей температурой.

Согласно многочисленным исследованиям (см. например [7]), интенсив-

ность теплоотдачи оребренной стенки зависит от геометрических размеров ребра, что связано с характером распределения температуры по высоте ребра. Если у корня ребра (рис. 9.2 б) температура равна значению Т_{cm 2}, то к вершине она приближается к T_{m 2} Для тонкого и высокого ребра температура уменьшается от T_{cm 2} до T_{m 2} на коротком от основания участке. Это приводит к тому, что часть ребра в процессе теплоотдачи не участвует. Чрезмерное снижение высоты ребра и его утолщение приводят к уменьшению оребренной по- верхности теплоотдачи, а значит ик снижению теплового потока.

Величина промежутка между реб -

a b рами b определяет формирова-

Рис.9.2 ние пограничного слоя в межреберном пространстве, что влияет на α₂. Рекомендуется выбирать соотношение между b и δ_р в пределах 1≤b/δ_р≥3. Высота ребра h_р и его толщина δ_р учитываются при вычислении коэффициента теплопередачи оребренной стенки.

, (9.10)

где к_ор – коэффициент теплопередачи оребренной стенки;

α₁ и α₂ – коэффициенты теплоотдачи гладких стенок;

δ и λ – толщина и коэффициент теплопроводности стенки;

η_ор – коэффициент эффективности оребрения.

Для вычисления η_ор используется полуэмпирическое выражение

, (9.11)

где – некая функция, =f (m),

определяемая из графика, рис. 9.3;

F_ор – суммарная площадь оребренной поверхности ;

F – площадь гладкой поверхности.

Значение m определяется по формуле:

Рис. 9.3

(9.12)

9.4. Интенсификация теплопередачи

При решении практических задач по теплопередаче может возникнуть необходимость как в интенсификации передачи тепла, так и в ее снижении. При решении вопроса по увеличению передачи теплоты через разделяющую теплоносители стенку, прежде всего, необходимо проанализировать уравнение теплопередачи, записанное для теплового потока в виде:

(9.13)

Из выражения (9.9) следует, что одним из факторов воздействия на тепловой поток является площадь поверхности теплопередачи F, однако этот путь не всегда рационален. Большего эффекта можно достичь путем воздействия на коэффициент теплопередачи. С увеличением коэффициента теплопередачи (9.2) уменьшается полное термическое сопротивление (9.4),.что приводит к увеличению теплового потока.

Уменьшить величину R можно путем воздействия на частные терми-ческие сопротивления. Определим, например, полное термическое сопротив-

ление в процессе теплопередачи от пламени с температурой Т_m1 = 973 К и α₁= 40 Вт/(м²К) через стальную стенку толщиной δ = 2 мм и λ = 20 Вт/(мК) к кипящей воде c T_m2 = 373 К и α₂ = 5000 Вт/(м²  К):

.(м²·К)/Вт .

Отсюда

Вт/(м²·К) и Вт/м²

С целью увеличения интенсивности теплопередачи уменьшим последо-

вательно каждое частное термическое сопротивление, к примеру, в 2 раза. Так, если увеличить в 2 раза только α₁, то

R=0, 0128 (м²·К)/Вт; к=78, 2 Вт/(м²·К) ; вт/м² .

Уменьшение толщины стенки в 2 раза или использование другого материала с λ = 40 Вт/(м  К) приведет к новым значениям к , R и :

R = 0, 0256 (м²·К)/Вт ; к = 39,6 Вт/(м²·К) ; Вт/м² .

Почти к таким же результатам приведет уменьшение в 2 раза последнего термического сопротивления 1/α₂.

Из приведенного примера можно сделать выводы:

1. Полное термическое сопротивление всегда больше самого большого частного термического сопротивления.

2. С целью изменения полного термического сопротивления целесооб-

разно воздействовать на большее частное термическое сопротивление.

При равнозначных частных термических сопротивлениях возможно воздействие на каждое из них.

Общий анализ выражения коэффициента теплопередачи (9.2) показывает, что интенсифицировать передачу тепла от одного теплоносителя к другому можно путем увеличения коэффициентов α₁ и α₂, применением более теплопроводного материала стенки или уменьшением ее толщины.

Если перечисленные способы не могут быть применены, то для интенсификации теплопередачи может быть использовано оребрение стенки.