Известны различные методы интенсификации конвективного теплообмена. Принципиально их можно разделить две группы:
- активные методы интенсификации: механическое воздействие на поверхность теплообмена (вращение или вибрация поверхности, перемешивание жидкости и т.п.); воздействие на поток электрическим магнитным или акустическим полем, пульсациями давления: вдув или отсос рабочей среды через пористую поверхность и др.;
- пассивные методы, основанные на воздействии на поток формой поверхности теплообмена: применение вставных интенсификаторов (винтовых, локальных и пластинчатых закручивателей потока), различное оребрение поверхности теплообмена и др.
Для повышения эффективности работы и увеличения межремонтных пробегов трубчатой радиантно-конвекционной печи пиролиза бензина со змеевиками SRT-I, обозначенной в [1], предлагается использование пассивного метода, а именно дискретно-шероховатых поверхностей теплообмена, придающих потоку жидкости вращательно-поступательное движение.
Обычно к дискретно-шероховатым относят каналы и трубы с различного рода выступами на внутренней поверхности: трубы со спирально-винтовой проволочной вставкой (рисунок 1, а); винтовые одно- и многозаходные плавно очерченные выступы (рисунок 1, б), получаемые с помощью накатных роликов или дисков; поперечные, периодически расположенные, плавно очерченные выступы (рисунок 1, в), получаемые с помощью роликов или дисков; поперечные, периодически расположенные вставки прямоугольного и квадратного сечения (рисунок 1, г); каналы и трубы с внутренней резьбой.
а б в г
Рисунок 1 – Дискретно-шероховатые поверхности теплообмена
В качестве примера дискретно-шероховатых труб можно привести трубы со смешивающими элементами MERT (Mixing Element Radiant Tube) фирмы Kubota [1], которые изготавливаются методом центробежного литья, имеют на внутренней поверхности выступающие спиральные элементы (рисунок 2).
|
|
|
|
|
а |
б |
в |
Рисунок 2 – Варианты исполнения труб со смесительными элементами:
а – MERT; б – Slit-MERT; в – X-MERT
Турбулизация потока приводит к разрушению пристеночного слоя жидкости, что способствует повышению коэффициента теплопередачи и равномерному распределению температуры жидкости по живому сечению потока, замедлению процесса коксования, увеличению межремонтного пробега и срока службы змеевика [1].
Недостатком труб, изготовленных по технологии MERT, является увеличение гидравлического сопротивления змеевика. В некоторых случаях это обстоятельство ограничивает применение труб со смешивающими элементами. Поэтому были разработаны змеевики "Slit-MERT", в трубах которых используются прерывистые смешивающие элементы (рисунок 2, б). Их применение позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление при сохранении описанных преимуществ "MERT" в области теплопередачи. Также введена в промышленную эксплуатацию технология "X-MERT" (рисунок 2, в), которая позволяет снизить гидравлическое сопротивление змеевика еще на 10% по сравнению со "Slit-MERT" за счет оптимизации смешивающих элементов [2].
