Экспериментальное исследование теплообмена от парогазовой смеси при передаче тепла через ребристую поверхность

Abstract

This article deals with the problem of heat energy transfer from a steam-gas mixture with a constant temperature of 220 °C. An experimental study of the transfer of heat energy from a steam-gas mixture by a recuperative heat exchanger with a ribbed surface at the industrial enterprise “PULP Invest”, located at the production site of the industrial park Technopolis “Khimgrad” in Kazan, is presented. The design of a heat exchanger with a ribbed surface is described. The finned surface of the recuperative heat exchanger allowed intensifying the transfer of heat flow, due to the appearance of turbulent vortices of the vapor-gas medium when it moves between the transversely arranged fins. For a heated heat carrier, water was used, which in the future is planned to be used for technological and economic needs. This paper presents the experimental method and measuring instruments. During the experiments, the initial temperature of the cold coolant (water) varied from 28.8 to 31.9 °C. The series of experiments included 7 experiments with a different volume flow of water from 60 to 120 liters/hour. The initial volume flow rate was 60 l/h, the flow rate change step was 10 l/h. The results of the studies showed that the time of the output of the studied parameters: temperature head, heat flow and heat transfer coefficient to the stationary mode was 265 s. When entering the stationary mode with a volume flow rate of cold coolant in the range from 60 to 120 l/h, the temperature head varied from 32.2 to 63 °C, the heat flow varied from 4.1 to 4.5 kW, the heat transfer coefficient varied in the range of 24.4-27.9 W/(m2 ·K). The obtained results allowed establishing that the heat transfer coefficient is inversely proportional to the thermal resistance of the vapor-gas phase.

В статье рассмотрена проблема передачи тепловой энергии от парогазовой смеси с постоянной температурой 220 °C. Описано экспериментальное исследование передачи тепловой энергии от парогазовой смеси путем рекуперативного теплообменного аппарата с ребристой поверхностью на промышленном предприятии «ПАЛП Инвест», расположенном на производственной площадке индустриального парка технополис «Химград» в Казани. Описана конструкция теплообменного аппарата с ребристой поверхностью. Оребренная поверхность рекуперативного теплообменного аппарата позволила интенсифицировать передачу теплового потока, вследствие возникновения турбулентных завихрений парогазовой среды при ее движении между поперечно расположенными ребрами. В качестве нагреваемого теплоносителя использовалась вода, которую в дальнейшем планируется использовать для технологических и хозяйственных нужд. В работе представлены методика эксперимента и измерительные приборы. В ходе проведения экспериментов начальная температура холодного теплоносителя (воды) варьировалась от 28,8 до 31,9 °C. Серия экспериментов включала 7 опытов с различным объемным расходом воды от 60 до 120 л/ч. Начальный объемный расход был равен 60 л/ч, шаг изменения расхода составлял 10 л/ч. Результаты исследований показали, что время выхода исследуемых параметров: температурный напор, тепловой поток и коэффициент теплопередачи на стационарный режим – составило 265 с. При выходе на стационарный режим при объемном расходе холодного теплоносителя в диапазоне от 60 до 120 л/ч температурный напор варьировался от 32,2 до 63 °C, теп­ловой поток изменялся от 4,1 до 4,5 кВт, коэффициент теплопередачи варьировался в диапазоне 24,4 – 27,9 Вт/(м2 · К). Полученные результаты позволили установить, что коэффициент теплопередачи обратно пропорционален термическому сопротивлению парогазовой фазы.