Тепломассообмен при конденсации водяного пара из продуктов сгорания на поверхности профилированных оребренных труб.

Полномасштабное освоение в Украине огромного потенциала энергосбережения за
счет утилизации теплоты уходящих газов промышленных энергетических и
технологических установок, которые используют углеводородные топлива, невозможно без глубокого охлаждения этих газов в конденсационных теплоутилізаторах.
Сущность разработки заключается в применении в конденсационных
теплоутилизаторах в качестве теплообменных поверхностей оребренных плоскоовальных труб, которые характеризуются малым аэродинамическим сопротивлением и сокращенной кормовой зоной накопления пленки конденсата. Кроме того, наличие системы эффективных прямоугольных ребер, приваренных к плоскоовальной трубе по сравнению с обычными круглыми ребрами приводит к повышению эффективности оребрення и увеличивает площадь поверхности контакта фаз при омывании ее парогазовою смесью в условиях глубокой утилизации.
Для ребристых плоскоовальних поверхностей, которые работают в условиях
конденсации пара из парогазової смеси, отсутствуют расчетные соотношения, которые могут быть положены в основу разработки современных методов теплоаэродинамических расчетов и оптимизации конструкций поверхностных конденсационных утилизаторов на основе высокоразвитых поверхностей с низким аэродинамическим сопротивлением.
В рамках выполненной научно-исследовательской работы изготовлены
экспериментальные макеты из стальных плоскоовальних труб с неполным поперечным оребренням, геометрические характеристики которых лежат в диапазонах: поперечный и продольный размеры плоскоовальной трубы, соответственно d1 =15 мм и d2 = (30–42) мм; размеры ребер: высота h = (20-25) мм, длина l =(45-50) мм, толщина δ = (0,8-1,0) мм, шаг между ребрами t = (3,5-4,0) мм.
Исследования тепломассообмена и аэродинамического сопротивления
поверхностей из оребренных плоскоовальных труб в условиях конденсации водяного пара из продуктов сгорания проведены при широком варьировании их геометрических характеристик и скоростей потока. Определено влияние на тепломасообмен и сопротивление геометрических характеристик поверхностей и режимных факторов.
Определена количественная связь и влияние концентрации водяного пара на
интенсивность теплообмена, установлен оптимальный диапазон тепловых и
аэродинамических характеристик оребренных поверхностей, которые работают в
условиях капельно - пленочной конденсации водяного пара на поверхности, раскрыт механизм интенсификации теплообмена и характер гидродинамики потока парогазовой смеси при взаимодействии его с высокоразвитой оребреною поверхностью. На базе проведенных комплексных исследований предложены новые обобщающие зависимости для расчета тепломассообмена и аэродинамического сопротивления оребрених поверхностей из плоскоовальных труб, что расширяет класс задач, посвященных конденсации водяного пара из продуктов сгорания на теплообменной поверхности, а их результаты являются основой для развития современных методов расчетов поверхностных конденсационных аппаратов.
По результатам экспериментальных исследований впервые получены инженерные
методы теплового и аэродинамического расчетов поверхностей из оребренных
плоскоовальных труб, которые позволяют разрабатывать новые типы конденсационных поверхностных теплоутилизаторов на новой элементной базе в диапазоне изменений скорости потока от 2 м/с до 20 м/с, температуры потока парогазової смеси 60-1300С, температуры поверхности трубы 20-800С и концентрации водяного пара в потоке теплоносителя (7-200) г/кг. Разработаны технические, конструктивные и схемные решения по созданию поверхностного конденсационного теплоутилизатора с уменьшенными материальными и эксплуатационными расходами.
Результаты теплоаеродинамических расчетов показали, что у конденсационного
теплоутилизатора, выполненного из оребренных плоскоовальных труб, массогабаритные характеристики на (20-25%) меньше, чем у теплоутилизатора, выполненного из оребренних биметаллических труб круглой формы при одинаковой тепловой мощности аппаратов.