Tеоретические аспекты исследования интенсификации теплообмена с использованием локальных турбулизаторов потока в перспективных компактных применяемых в сельском хозяйстве трубчатых теплообменных аппаратов

Теплообменные аппараты трубчатого типа широко используются как в промышленности, так в сельском хозяйстве и при жилищном строительстве в системах кондиционирования, отопления и горячего водоснабжения. Теплообменники этого вида компактны, что позволяет размещать их на малой площади в коттеджах, офисах, детских садах, школах, интернатах и т.д. Кроме того, теплообменники используют для обогрева полов и воды в бассейнах.

При подборе теплообменника для системы горячего водоснабжения нужно учитывать минимальные годовые параметры теплоносителя. Эти параметры, как правило, характерны для периода с конца весны и до начала осени. Если правильно произвести расчёт теплообменника, его цену можно уменьшить в два раза, что ещё более актуально при использовании теплообменников с интенсифицированным теплообменом.

Чтобы использовать теплообменник в индивидуальных тепловых пунктах жилых домов или группы домов потребуется отдельная комната небольших размеров в подвальном помещении. В этом этом случае, при монтаже теплообменник можно устанавливать прямо на пол.

В промышленности теплообменники используют в системах отопления различных помещений и для технологических процессов различной направленности (для охлаждения и нагревания нефтепродуктов, различных растворов и т. п.). На судах и кораблях теплообменники используют для опреснения морской воды.

В сельском хозяйстве теплообменники применяются для охлаждения и пастеризации молочных продуктов и напитков, для охлаждения и нагревания спирта, растительного масла, патоки и т. д.

Чтобы теплообменное оборудование работало исправно и не давало никаких сбоев, необходимо соблюдать правила эксплуатации и своевременно проводить диагностику.

Применение теплообменников с интенсифицированным теплообменом в сельском хозяйстве представляется актуальным на современном этапе, поскольку оно позволяет реализовать необходимые эксплуатационные характеристики с более высокой точностью, надёжностью и с гораздо меньшими энергетическими потерями с повышенной ремонтопригодностью сельскохозяйственного оборудования, чем существующие методы.

Актуальность проблемы и методы решения 

В связи с ростом затрат энергии на сельскохозяйственное производство, с одной стороны, и с необходимостью экономии топлива, с другой стороны, задачей науки становится внедрение энергосберегающих технологий, эффективных методов использования возобновляемых видов энергии.

Использование, например, в животноводстве, вторичных энергоресурсов является одним из важных современных направлении научно-технической политики. Животноводство является одной из довольно энергоемких отраслей сельского хозяйства, где создание оптимальных температурно-влажностных условий воздушной среды связано со значительным расходом различных видов энергии. Одним из основных направлений сокращения общих затрат энергии в животноводстве является внедрение энергосберегающего оборудования для создания и поддержания нормативного микроклимата, удаления аммиака, углекислого газа, пыли и патогенной микрофлоры. Одно из важных направлений экономии энергоресурсов в животноводстве является утилизация тепла, содержащегося в воздухе животноводческих помещений.

На данном этапе развития техники в системах отопления и горячего водоснабжения, кондиционирования воздуха сельскохозяйственных зданий а также в других отраслях: энергетике, химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности и холодильной технике применяются различного рода теплообменные аппараты (теплообменники).

Для производства теплообменного оборудования расходуется очень большое количество легированных сталей и цветных металлов. Следовательно, при проектировании и изготовлении современных теплообменников необходимо стремится к тому, чтобы они, выполняя свои основные функции, обладали бы высокой надежностью и компактностью, а также имели малую массу.

Одним из перспективных путей создания компактных теплообменников является интенсификация теплообмена в каналах. Интенсификация теплообмена является эффективным путем решения проблемы уменьшения массoгабаритных размеров теплообменных аппаратов и устройств [1—3].

На энергетических и промышленных предприятиях РФ и других стран эксплуатируется значительное количество трубчатых теплообменников, которые обычно имеют большую массу и значительные габариты. Кроме того, в случае повышенной жесткости технической воды на поверхностях теплообмена образуются и нарастают солеотложения, что приводит к ухудшению теплообмена, нарушению технологического режима, повышению гидравлического сопротивления каналов теплообменников и перерасходу электроэнергии [1—3]. Теплообменники часто останавливаются на ремонт, производится механическая, химическая очистка, что требует дополнительных финансовых и ресурсных затрат.

В связи с этим, актуальной становится постановка задач, связанных с разработкой и исследованиями современных конструкций поверхностных локальных турбулизаторов потока, которые одновременно с интенсификацией теплообмена могут существенно снизить темп образования солей жёсткости на теплообменных поверхностях трубчатых аппаратов [1—3].

Актуальность данной проблемы обусловлена необходимостью решения следующих задач: уменьшение темпов образования отложений на теплообменных поверхностях нагрева, снижение гидравлического сопротивления тракта потока теплоносителя, повышение теплообмена с повышением эффективной тепловой мощности при унификация конструкции теплообменного аппарата.

С целью улучшения гидродинамической обстановки в трубках теплообменых аппаратов и ощутимого снижения темпов образования отложений на теплообменных поверхностях предлагается устанавливать турбулизаторы потока для турбулизации потока теплоносителя в каналах.

При применении в каналах трубчатых теплообменных аппаратов поперечных поверхностно расположенных турбулизаторов потока появляется перспектива использования изменённой конструкции теплообменника с целью интенсификации процесса теплообмена и снижения темпа образования отложений. Возможно также колебательное движение теплоносителя, которое создаёт в объёме канала теплообменного аппарата подвижные вихревые течения. Кроме все�