Разработка и исследование равноразвитых теплообменных поверхностей для регенераторов теплоты ГТУ газотранспортной системы Украины

Проработка и анализ существующей информации позволили разработать конструкцию новой стальной равноразвитой трубы винтообразного типа для использования в качестве теплообменной поверхности воздухоподогревателей-регенераторов ГТУ газоперекачивающих агрегатов, которые применяются на компрессорных станциях газотранспортной системы Украины. Такая поверхность имеет несколько существенных приемуществ: изготовление на основе дешевой технологии – роликовое обкочивание круглой трубы с использованием сыпучей среды или жидкости для протидавления внутри трубы. Предложенная технология и оснастка для профилизации винтообразных труб с равноразвитой поверхностью позволяет изготовить такие трубы длиной до 6 м. Поверхности из таких труб имеют улучшенную тепловую эффективность по сравнению с поверхностями из стальних труб круглого профиля. Снижение металлоемкости теплообменника из равноразвитых труб на 30…40% по сравнению с теплообменником, изготовленным из традиционных гладких труб круглого профиля, при одинаковой мощности, затрачиваемой на перемещение теплоносителя внутри труб, достигается за счет высокой степени интенсификации теплообмена внутри трубы и путем развития поверхности трубы.

При использовании условия постоянной плотности теплового потока на поверхности всей трубы выполнены экспериментальные и численные исследования конвективного теплообмена и аэродинамического сопротивления винтообразных труб с коэффициентом развития поверхности y = 1.15…1.44, шагов между впадинами или выступами t = 8…50 мм, с висотами впадин-выступов h =3…7 мм, чисел Рейнольдса Re=10000…60000. Проведено сравнение теплоаэродинамических характеристик поверхностей из винтообразных труб с поверхностями из обычных круглих труб, наиболее распространенных в отрасли рекуперативних теплообменных аппаратов типа „газ-газ”. Результаты сравнения теплоаэродинамических характеристик поверхностей показали, что винтообразная труба с шагом между впадинами или выступами t = 12 мм, и высотой впадины или выступа h =5 мм, являються конкурентноспособной.

Впервые получены обобщающие расчетные зависимости для определения коэффициентов теплоотдачи и аэродинамического сопротивления внутри винтообразных труб, которые учитывают влияние на интенсивность теплообмена и сопротивление геометрических параметров трубы и режимних факторов потока.

На основание полученных обобщающих зависимостей разработаны новые инженерные методики расчета коэффициентов теплоотдачи и аэродинамического сопротивления внутри равноразвитых винтообразных труб. Предложенные практические рекомендации относительно оптимальних геометрических параметров теплобменных поверхностей для выполнения инженерных расчетов рекуперативних теплообменных аппаратов типа "газ-газ" по разработанной технологии изготовления таких труб.