*112349*

Д.т.н. Кирсанов Ю.А., к.т.н. Назипов Р.А., аспирант Иванова Е.И.

Исследовательский центр проблем энергетики

Федерального государственного бюджетного учреждения науки

Казанского научного центра Российской академии наук, Россия

Коэффициент теплопередачи в пластинчатом теплообменнике с пористыми вставками

Рассматривается рекуперативный теплообменник пластинчатого типа, состоящий из чередующихся друг с другом пористых вставок 1 и 2 (рис. 1) призматической формы, разделенных непроницаемыми стенками 3 толщиной . Длина и ширина B пористых вставок в обоих трактах одинаковы. В промежуточных каналах толщины пористых вставок составляют соответственно и ; в крайних каналах, наружные стенки которых теплоизолированы, толщины вставок вдвое меньше и равны соответственно и . Между пористыми вставками и стенками 3 возможны зазоры .

Рис. 1. Схема теплообменного аппарата 1 – пористые вставки горячего тракта; 2 – пористые вставки холодного тракта; 3 – разделительные стенки

Тепловая нагрузка, передаваемая от горячего теплоносителя холодному, рассчитывается по известной формуле

, (1)

где – температурный напор между теплоносителями, К; – площадь гладкой разделительной стенки, м²; – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К).

Для получения расчетной формула для коэффициента теплопередачи пористые вставки рассматриваются как оребрение разделяющей стенки, с коэффициентами эффективности оребрения , где j = 1, 2 – номер тракта. Методика определения по температурным полям (рис. 2), рассчитанным с помощью аналитического решения задачи теплообмена пористого тела с однофазным теплоносителем, изложена в работе [1].

Рис. 2. Распределение температур вдоль потока теплоносителя: 1, 2, 4, 5 – каркаса; 3, 6 – теплоносителя; 1, 4 – поверхности у разделительной стенки; 2 и 3 – средние по поперечному сечению; 4 – средняя по длине; 5 и 6 – средние по объему

Тепловые потоки от горячего теплоносителя к боковой поверхности пористой призмы и от боковой поверхности смежной призмы к холодному теплоносителю определяются по формулам:

, . (2)

Здесь – поверхность теплообмена со стороны j-го теплоносителя, м²; - удельная поверхность пористой вставки [2], 1/м; - коэффициент теплоотдачи пористой вставки [3], Вт/(м²К).

Из выражений (2) следует:

; . (3)

Здесь ; – плотность теплового потока, Вт/м²; – температурный напор между горячим и холодным теплоносителями, К;

Полагая, что в зазорах теплота передается посредством теплопроводности теплоносителя и лучистого теплообмена, можно записать выражения для температурных скачков в зазорах

; , (4)

где – средняя по длине температура поверхности разделяющей стенки со стороны j-го теплоносителя, К; – «коэффициент теплоотдачи» зазора со стороны j-го теплоносителя, Вт/(м²К):

;

= 5,67 Вт/(м²К⁴) – коэффициент излучения абсолютно черного тела; – приведенная степень черноты системы «поверхность разделяющей пластины – поверхность пористой призмы» со стороны j-го теплоносителя; , К; , К.

Разность температур поверхностей разделяющей стенки:

. (5)

Из выражений (3)-(5) следует:

; ; .

Подстановка полученных формул в выражения (2) и представления их в виде формулы (1) позволяет получить искомую формулу для коэффициента теплопередачи:

.

Литература:

1. Кирсанов Ю.А., Иванова Е.И. Эффективность внутреннего оребрения трубы с пористой вставкой // Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики «АНТЭ-2011»: Материалы VI Международной научно-технической конференции. Т. 2. Казань, 12-14 октября 2011 г. Казань: Изд. КГТУ. 2011. 732 с. / С. 518-521.

2. Кирсанов Ю.А., Назипов Р.А., Данилов В.А. Геометрические и теплофизические характеристики высокопористой структуры // Известия вузов. Авиационная техника. 2010. № 2. С. 49-52.

3. Кирсанов Ю.А., Назипов Р.А., Иванова Е.И., Данилов В.А. Исследование теплообмена и сопротивления в высокопористых телах // Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики «АНТЭ-2011»: Материалы VI Международной научно-технической конференции. Т. 2. Казань, 12-14 октября 2011 г. Казань: Изд. КГТУ. 2011. 732 с. / С. 503-510.