НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Форма поперечного сечения канала пластинчато-ребристых теплообменников

Основным классификационным критерием для оребрений является геометрия поперечного сечения индивидуального канала. Помимо технологических различий это качественным образом влияет на принцип работы и в конечном счёте на теплогидравлических показателях оребрения. В источниках встречаются 3 основных типа сечения, обозначаемых в обозначении оредрения соответствующей строчной буквой следом за прописной буквой:

• «п» – прямоугольное сечение;
• «т» – треугольное сечение;
• «тр» – трапециевидное сечение.

Механизм, на основании которого форма сечения каналов влияет на их теплогидравлические показатели, основывается на «угловом эффекте». Его сущность заключается в увеличении толщины пограничного слоя среды по углам поперечного сечения индивидуального канала, которое происходит в результате взаимодействия плоских пограничных слоев, происходящих вдоль соседних стенок канала. Увеличение толщины поперечного слоя в углах происходит совместно с уменьшением среднего по сечению значения коэффициента теплоотдачи, при сравнении с теплоотдачей для круглой отдельно взятой трубы, где «угловой эффект» невозможен. Однако присутствует и положительное изменение, которое состоит в резком укорачивании длины начального участка до смыкания пограничных слоев, потому что угловые зоны создают дополнительные источники турбулентности в канале, сокращающие время до смыкания формирующихся от входных кромок пограничных слоев. Взаимное наличие отрицательного и положительного факторов определяет точные значения теплогидравлических показателей оребрений.

На рисунке сверху представлены теплогидравлические показатели для индивидуальных каналов круглой, квадратной, прямоугольной и треугольной формы поперечного сечения, а их геометрические показатели приведены в таблице ниже.

Виды сечений каналов

Круглое сечение. Оребрения с круглой формой поперечного сечения не применяются, это обычно индивидуальные трубки эталонные, применяемые в качестве основания для сравнения. Отсутствие «углового эффекта» дают сплошной тонкий пограничный слой по окружности канала и наиболее удаленное сечение его смыкания (начальный участок) по протяженности канала. В результате присутствует длинная зона переходного режима движения среды и наиболее отдаленную по времени турбулизацию режима течения.

Прямоугольное сечение. Одна из наиболее распространенных конфигураций поперечного сечения в ряду оребрений, что объясняется технической простотой, повышенной удельной теплообменной площадью и повышенными теплогидравлическими характеристиками. Немного большее увелиение толщины пограничного слоя в углах короткого ребра прямоугольника нивелируется быстрым слиянием пограничного слоя по длинным ребрам прямоугольника. В результате теплоотдача в области ламинарного течения практически не становится хуже, в то время как быстро возрастает в переходной области благодаря более раннему переходу к турбулентным режимам течения.

Треугольное сечение – самая распространенная конфигурация поперечного сечения в ряду оребрений ввиду оптимальной комбинации технологических и теплогидравлических показателей. Наибольшее увеличение толщины пограничного слоя при перемещении к острым углам немного компенсируется уменьшением числа углов до 3, а также еще более оперативным смыканием образующегося входного пограничного слоя. Как следствие, теплоотдача в области ламинарного течения не ухудшается, зато еще быстрее возрастает в переходной области благодаря более раннему переходу к турбулентным режимам течения, чем у каналов прямоугольной конфигурации. В последнее время благодаря оптимизации технологии производства от треугольной конфигурации поперечного сечения с острыми углами осущетсвлён переход к треугольной конфигурации сечения с овальными углами. Тем самым устранён главный минус треугольной конфигурации сечения с острым углом – дополнительное увеличение толщины пограничного слоя в угловых сегментах.

Трапециевидное сечение имеет ограниченное применение для случаев высокого оребрения. По теплогидравлическим показателям занимает промежуточное место между прямоугольной и треугольной конфигурацией, но ближе к первому из них.