Вступ.
У промисловості широко поширені теплові процеси - нагрівання та охолодження рідин і газів і конденсація парів, які проводяться в теплообмінних апаратах. Теплообмінні апарати або просто теплообмінники використовуються практично у всіх галузях промисловості. Їх основне завдання забезпечити температурний режим технологічних процесів.
В даний час всі теплообмінні апарати підрозділяються на певні групи за такими ознаками: за призначенням (нагрівачі, випарники та кип'ятильники; холодильники, конденсатори і т. д.), По режиму роботи, за особливостями конструкції і т. д. Холодильники і конденсатори служать для охолодження потоку або конденсації парів із застосуванням спеціальних хладоагентов (вода, повітря, пропан, хлористий метил, фреони і т. д.).
Поверхневі теплообмінні апарати можна розділити на наступні типи за конструктивними ознаками:
- кожухотрубчатие теплообмінники (жорсткого типу; з лінзовим компенсатором на корпусі; з плаваючою головкою; з U-подібними трубками);
- теплообмінники типу "труба в трубі";
- підігрівачі з паровим простором (рібойлери);
- конденсатори повітряного охолодження.
Кожухотрубчасті теплообмінники в даний час найбільш широко поширені, за деякими даними вони складають до 80% від усієї теплообмінної апаратури. Основною частиною такого теплообмінника є пучок труб, закріплених в трубних решітках. Трубки розташовуються в трубному пучку в шаховому порядку або по вершинах трикутників. Одна з теплообменівающіхся середовищ рухається по трубках, а інша - всередині корпусу між трубкамі.Кожухотрубчатие теплообмінники в даний час найбільш широко поширені, за деякими даними вони складають до 80% від усієї теплообмінної апаратури. Основною частиною такого теплообмінника є пучок труб, закріплених в трубних решітках. Трубки розташовуються в трубному пучку в шаховому порядку або по вершинах трикутників. Одна з теплообменівающіхся середовищ рухається по трубках, а інша - всередині корпусу між трубками.
1. Аналіз останніх досліджень та публікацій
Аналіз останніх публікацій та інформації, розміщеної на інтернет-сайтах виробників водогрійних котлів малої потужності (ВКММ), дозволив зробити висновок, що сучасна котельня техніка малої і середньої теплової потужності розвивається в наступних напрямках: підвищення енергетичної ефективності шляхом зниження теплових втрат і найбільш повного використання енергетичного потенціалу палива; зменшення габаритів котельного агрегату за рахунок інтенсифікації процесу спалювання палива; інтенсифікації теплообміну в топковій камері і на поверхнях нагріву; зниження забруднюючих атмосферу газоподібних викидів (СО, NOх, SOх); підвищення надійності роботи котла.
На сьогоднішній день відомі різні способи інтенсифікації теплообміну в конвективних елементах водогрійних котлів: застосування перфорованих поверхонь, багатошарових конвективних поверхонь, оребрения, а також вставок різної конфігурації.
Теплообмінні апарати знайшли широке застосування в багатьох галузях господарської діяльності, авіаційно-космічній, енергетичній, хімічній, нафтопереробній, харчовій промисловості, холодильної та кріогенної техніки, в системах опалення, гарячого водопостачання, кондиціонування, різних теплових двигунах. У зв'язку із зростанням енергонапряженності пристроїв, підвищенням вимог до можливих режимам регулювання систем досить актуально стоїть питання вивчення можливих процесів інтенсифікації теплообміну.
За допомогою інтенсифікації теплообміну збільшується кількість тепла, переданого через одиницю поверхні теплообміну і відповідно, зменшуються масогабаритні показники теплообмінника; досягається більш вигідне співвідношення між переданим кількістю тепла і потужністю, що витрачається на прокачування теплоносіїв. Високу технічну якість інтенсифікованого теплообмінного обладнання покращує загальні характеристики енерготехнологічних установок. Вибір интенсификатора - важливий етап проектування теплообмінного устаткування.
Вибір интенсификатора - важливий етап проектування теплообмінного устаткування.
Застосування дротяних интенсификаторов є одним з оптимальних способів інтенсифікації теплообміну, об'єднуючим максимальну ефективність і економічність.
2. Постанновка задачі
Основними цілями є підвищення енергоефективності як в цілому системи генерації та транспортування теплової енергії, так і системи розподілу теплової енергії.
Інтенсифікація теплообміну, яка використовується для збільшення питомої теплового потоку, завжди супроводжується зростанням втрат тиску. На сьогоднішній день для оцінки ефективності того чи іншого способу інтенсифікації теплообміну використовується кілька критеріїв які включають в себе як теплові, так і гідродинамічні характеристики потоку.
І вінженерной практиці крім цих критеріїв не менш важливими є масогабаритні характеристики котла і ефективність використання палива. Всі ці параметри повинні бути системно враховані не тільки на окремому етапі (створення, експлуатація), а протягом всього життєвого циклу котла.Для завдання економії палива (при постійній потужності і геометричних розмірах котла порівнюється витрата палива в котлі з інтенсифікацією теплообміну і в казані з гладко трубної поверхнею) критерієм ефективності интенсификатора теплообміну можливо бути записаний у вигляді:
Для збільшення теплообміну можуть бути використані різні методи: застосування турбулізіруєт вставок, ультразвука, пульсації тисків і вібрації теплообмінних поверхонь, застосовують різні способи оребрения всередині труб
Критерій для завдання зменшення масогабаритних характеристик при постійній витраті палива і потужності, наведений у роботі має вигляд:
Де V - об'єм конвективного пучка, Q - теплова потужність котла, кВт.Крітеріем ефективності интенсификатора теплообміну До вибрано частку зменшення екологічного впливу протягом життєвого циклу теплообмінника завдяки використанню интенсификаторов теплообміну.
Висновки
Проаналізовано сучасні напрямки розвитку котельні техніки малої потужності. Розглянуто сучасні способи інтенсифікації теплообміну в водогрійних котлах малої потужності. На основі власних досліджень та аналізу робіт авторів запропоновано розраховувати теплообмін в гладкотрубний каналах водогрійних котлів з урахуванням поправки на інтенсивність теплообміну на початковій ділянці гідродинамічної стабілізації потоку. Показано, що використання пластин різної конфігурації істотно покращує теплотехнічні показники котла.
Список джерел
- Петриков С. А. Прогрессивные способы интенсификации теплообмена в отопительных котлах /С. А. Петриков, Н. Н. Хованов // Промышленная энергетика. – 2003. – № 12. – С. 18 – 22
- Шахлина Н. А. Интенсификация теплообмена в газотрубных котлах с использованием профилированных поверхностей теплообмена : автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук : спец. 05.14.04 “Промышленная теплоэнергетика” / Н. А. Шахлина. – Екатеринбург, 2007. – 20 с.
- Колядин Е. А. Исследование и научное обоснование интенсификации теплообмена в судовых газотрубных утилизационных котлах : автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук : спец. 05.08.05 “Судовые энергетические установки и их элементы ( главные и вспомогательные”/ Е. А. Колядин. – Астрахань, 2007. – 20 с.
- Гортышев Ю.Ф. Эффективность промышленно перспективных интенсификаторов теплоотдачи./Ю.Ф. Гортышов, В.Вю Олимпиев// Известия академии наук. Энернетика.- 2002.-№3.-С.102-119.
- Боднар Л.А. Ефективні методи інтенсифікації теплообміну в круглих каналах / Л.А. Боднар, Д.В.Степанов// Вісник Хмельницького національного університету.-2009.-№3.-С.73-78.
| 
