УСТРОЙСТВО (СТЕНД) ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Техническое решение относится к судостроению, в частности к области экспериментальных исследований теплообменных процессов в судовых теплообменных аппаратах и утилизационных котлах, а именно, к разработке устройства (стенда) для моделирования этих процессов.
Известно техническое решение для исследования теплопередачи в теплообменниках (см. книгу Осипова В.А. «Экспериментальные исследования процессов теплообмена». - М.: Энергия, 1969. стр.383). Однако недостатком данного устройства является отсутствие возможности исследования теплопередачи при движении горячего воздуха в трубах с параметрами воздуха, близкими к параметрам газа в утилизационном котле при омывании трубы водой.
Наиболее близким по сути является техническое решение (стенд) для исследования влияния пульсации давления в потоке газа на конвективный теплообмен (см. ст. Костерин С.И., Кожинов И.А., Леонтьев А.И. «Влияние пульсации давления в потоке газа на конвективный теплообмен». - ж. Теплоэнергетика, М. 1959 г., №3, стр.66-72), имеющий компрессор, электрическую печь, механизм для создания пульсации давления в потоке воздуха, экспериментальный участок в виде трубы. Данное устройство позволяет оценивать влияние пульсации давления в потоке газа на конвективный теплообмен при движении горячего воздуха в трубе цилиндрической формы постоянного сечения. Недостатком данного устройства (стенда) является отсутствие возможности создания различных режимов работы теплообменников и установки труб с интенсифицированными поверхностями теплообмена.
Техническая задача - создание устройства (стенда) для моделирования теплообменных процессов, которое позволило бы наиболее полно моделировать и оценивать процессы, происходящие в теплообменниках и
утилизационных котлах при различных методах интенсификации теплообмена.
Технический результат - повышение точности моделирования процессов при интенсификации теплообмена на различных режимах работы установки.
Он достигается тем, что устройство имеет разборный теплообменник типа «труба в трубе», моделирующий газотрубный утилизационный котел. Интенсификация теплообмена достигается установкой трубы с интенсифицированной внутренней поверхностью, внутри трубы установлен турбулизатор, выполненный в виде винта с шагом равным 2d, где d - внутренний диаметр предлагаемой трубы. Данный турбулизатор повышает степень турбулентности воздушного потока внутри трубы, что способствует интенсификации теплообмена на поверхности трубы. Также интенсификация достигается тем, что в устройство введен механизм, создающий пульсацию давления в потоке воздуха (см. ст. Костерин С.И., Кожинов И.А., Леонтьев А.И. «Влияние пульсации давления в потоке газа на конвективный теплообмен». - ж. Теплоэнергетика, М. 1959 г., №3, стр.66-72). Пульсация создается путем периодического перекрытия воздушного трубопровода вращающимся перфорированным диском. Режимы работы теплообменника устанавливаются изменением температуры и расхода воздуха подаваемого термовоздуходувкой. Для оценки параметров теплообмена на устройстве установлены следующие контрольно-измерительные приборы: универсальный счетчик воды - для измерения расхода охлаждающей воды, измерительная диафрагма и дифференциальный манометр - для измерения расхода воздуха и термопары - для измерения температуры воды и воздуха на входе и выходе теплообменника.
Предлагаемое устройство (стенд) для моделирования теплообменных процессов изображен на чертеже и состоит из газо-водяного теплообменника 1 имеющего теплопередающую трубу 2 с турбулизатором 3 и расширительные камеры: входную 4 и выходную 5, термовоздуходувки 6,
механизма, создающего пульсацию давления в потоке воздуха 7, уравнительного бачка 8 с переливным трубопроводом 9, трубопроводов подачи 10 и отвода воды 11, регулирующего вентиля 12, трубопровода горячего воздуха 13, выхлопного трубопровода 14, термопар 15, счетчика воды 16, диафрагмы 17 и дифференциального манометра 18.
Устройство работает следующим образом.
Холодный воздух, проходя через термовоздуходувку 6, нагревается до температуры от 50 до 660°С и с необходимым расходом подается в трубопровод 13, в котором создается пульсация давления механизмом 7 и измеряется температура горячего воздуха термопарой 15 установленной в потоке воздуха трубопровода 13. Оттуда воздух поступает в расширительную камеру 4 теплообменника 1, далее в теплопередающую трубу 2, имеющую турбулизатор 3, где является греющей средой и нагревает трубу 2. Из теплообменника воздух выходит в выхлопной трубопровод 14, в котором измеряется температура воздуха и его расход. Из выхлопного трубопровода воздух выбрасывается в атмосферу. Различные режимы работы теплообменника создаются изменением температуры и расхода подаваемого в теплообменник воздуха с помощью термовоздуходувки. Для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду теплообменник и воздухопроводы покрыты тепловой изоляцией. В то же время охлаждающая вода из водопровода поступает в уравнительный бачок 8, после которого по трубопроводу 10 через регулирующий вентиль 12 и счетчик 16 она проходит в теплообменник 1. Омывая межтрубное пространство теплообменника, вода нагревается. Нагретая вода поступает в трубопровод 11, где измеряется ее температура, и отводится в канализацию. Для постоянства расхода охлаждающей воды устройство имеет уравнительный бачок 8 с переливным 9, расходным 10 и подающим трубопроводом.
Устройство, работающее по предлагаемой схеме на модели газотрубного утилизационного котла, при установке трубы с интенсифицированной поверхностью при создании пульсации давления и
изменении режимов работы, способствует повышению точности моделирования теплообменных процессов.
Устройство (стенд) позволяет моделировать теплообменные процессы, происходящие в утилизационных котлах, и производить исследовательские испытания при интенсификации теплообмена установкой различных теплопередающих труб.