Производство теплообменников: как достичь интенсификации теплообмена?

Актуальная проблема сегодня — это уменьшение габаритов конструкции при производстве теплообменников.

Теплообменники применяются в важных сферах производства и промышленности: в энергетике и нефтеперерабатывающей, химической отраслях, в авиационной и космической, криогенной и холодильной технике, а также в пищевой промышленности. Также они незаменимы в системах отопления и водоснабжения, в тепловых двигателях и в системах кондиционирования. Со временем увеличивается объем производства и происходит рост энергетических мощностей. В связи с этим увеличиваются габариты и масса используемого теплообменного оборудования, следовательно растет количество используемых цветных и легированных металлов.

На сегодня актуальной проблемой становится уменьшение габаритов при производстве теплообменников. Но найден наиболее перспективный путь решения — интенсификация процесса теплообмена. Современные методы, применяемые для интенсификации теплообмена, могут обеспечить снижение габаритов устройств и их металлоемкости примерно в 2 раза. И это преимущество перед аналогичными аппаратами, имеющими ту же тепловую мощность.

Исследования в области интенсификации процесса теплообмена начались еще в СССР, при этом уже тогда разработки внесли свой вклад в решение актуальной проблемы. В том числе тогда были предприняты попытки создания эффективных, практически реализуемых методов достижения интенсификации.

Сегодня исследованы и предложены следующие методы:

  • использование турбулизаторов потока;
  • установка шероховатых и оребренных поверхностей;
  • закрутка потока различными устройствами: спиральными ребрами, завихрителями, шнековыми устройствами;
  • подмешивание газа к жидкостям или добавление к газу капель жидкости или твердых частиц;
  • пульсация потока движения теплоносителя;
  • воздействие на электростатические поля;
  • вращение и вибрация поверхности теплообменника.

Все эти способы имеют различную эффективность, в среднем теплоотдачу можно увеличить в 2 — 3 раза. Помимо вышеперечисленных методов используют также тонкие покрытия из пористого или низкотеплопроводимого материала.

Для повышения эффекта можно использовать сочетание всех методов интенсификации теплообмена. К примеру, можно комбинировать использование турбулизаторов с закруткой потоков, или с оребрением поверхности.

При выборе метода нужно учитывать, помимо эффективности поверхности, ее универсальность и возможности использования для однофазных и двухфазных теплоносителей.