ГИДРОДИНАМИКА, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТОКОВ И ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗМЕЕВИКОВЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ В БЛОКАХ ТЕПЛОИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ

Аннотация

Рассмотрены теоретические основы построения, математического описания и инженерного расчета теплообменных устройств змеевикого типа в блоках теплоиспользующей аппаратуры трубчатых печей и других типов реакторов, предназначенных для проведения эндотермических реакций (в частности реформинга природного газа с водяным паром). Показано, что на тепловую эффективность теплообменных устройств змеевикового типа оказывает существенное влияние правильный выбор параметров, обеспечивающих однородное распределение потоков энергии по поверхности жаропрочных теплообменных труб. Эта технологическая задача решена путем составления теплового баланса и подбора системы соответствующих уравнений, позволяющей рассчитать температурный контур змеевикового теплообменника, его гидродинамические характеристики и распределение потоков массы и тепла по теплообменным трубкам. Рассмотрено использование тензорной формы гипотезы Буссинеска, с помощью которой уравнение Рейнольдса, описывающее турбулентное течение преобразовано к дифференциальному уравнению в частных производных относительно единственной неизвестной функции и получна его осредненная форма. Применительно к рассматриваемой проблеме правильность выбранного подхода подтверждена как теоретически, так и экспериментально. Показано, что в ядре турбулентного течения с интенсивным отсосом или вдувом жидкость ведет себя почти как идеальная и с необходимой точностью выполняется известная теорема Гельмгольца-Фридмана. Из вышеупомянутого осредненного уравнения получены выражения, пригодные для описания тепловых потоков в каналах с отсосом или вдувом. По данной теоретической модели осуществлены тепловые расчеты теплообменных устройств змеевикового типа, проведена более точная оценка температуры нагреваемой среды в каждой трубке змеевика, а также найден градиент температуры внешнего теплоносителя по поперечному сечению газохода. Впервые в практике расчётов при выборе параметров змеевиков был принят во внимание целый ряд граничных условий, таких как условие компоновки змеевика, необходимая поверхность теплообмена, допустимые ограничения по гидравлическому сопротивлению и др.