Процесне перформансе размењивача топлоте са оребреним цевима у квадратном распону

Abstract

Размењивачи топлоте са оребреним цевима имају значајну примену у процесној техници и термотехници, у условима када до размене топлотне енергије долази са флуидима које карактерише мали коефицијент прелаза топлоте. Ваздух и димни гасови су типични примери таквих флуида. Мали коефицијент прелаза топлоте са стране гасова компензује се уградњом ребара на цеви размењивача топлоте. На тај начин се, и до педесет пута, повећава површина за размену топлотне енергије у односу на неоребрене цеви. Бројни технолошки процеси у областима процесне технике, термотехнике, хидро енергетике и термо енергетике, практично су незамисливи без употребе размењивача толпоте са оребреним цевима. Радне флуиде који имају мали коефицијент прелаза толоте, карактерише и компресибилност. За њихов транспорт је, стога, потребна велика количина енергије, односно велика снага погонских мотора за струјне машине. Резултат тога је и веома оштар услов везан за пад притиска при струјању кроз овакав размењивач топлоте. Катедра за Процесну технику Машинског факултета у Београду дуго се бави изучавањем размењивача топлоте. Током више деценија урађени су многи експерименти и истраживања који су се бавили одређивањем интензитета размене топлоте и флуидодинамичких параметара размењивача топлоте. Ова докторска дисертација има за циљ одређивање поузданих параметара и процедура за одређивање топлотних перформанси (коефицијента прелаза топлоте и пада притиска), при попречном наструјавању ваздуха на сноп оребрених цеви које су постављене у квадратном (коридорном) распореду. За постизање овог циља урађени су експерименти током јануара и фебруара 2019. године. Поред сопствених екперимената и њихове анализе, систематизовани су закључци других истраживача из доступне литературе. Изврешена је анализа и провера претходних експеримената и истраживања, а у циљу побољшања прорачунских процедура за одређивање топлотних перформанси размењивача топлоте са оребреним цевима.

In HVAC&R and process engineering, heat exchangers with finned tubes have significant applications, in conditions when heat energy exchange occurs with fluids characterized by a low heat transfer coefficient. Air and flue gases are typical examples of such fluids. The low heat transfer coefficient on the gas side is compensated by installing finns on the heat exchanger tubes. The area for the exchange of thermal energy is increased up to fifty times in relation to unfinned pipes. Numerous technological processes in the fields of process engineering and thermotechnics are practically unthinkable without the use of heat exchangers with finned tubes. Working fluids with low heat transfer coefficient are also characterized by compressibility. A large amount of energy is required for their transport. Therefore, there is a very strict condition related to the pressure drop during flow through such a heat exchanger. The Department of Process Engineering at the Faculty of Mechanical Engineering in Belgrade, has been studying heat exchangers for a long time. Over the decades, many experiments and research have been done to determine the intensity of heat exchange and fluid-dynamic parameters of heat exchangers. This doctoral dissertation aims to determine reliable parameters and procedures for determining heat transfer coefficient and pressure drop, with transverse air flow to a bundle of finned tubes in in-line tube arrangement. To achieve this goal, experiments were done during January and February 2019. In addition to their own experiments and their analysis, the conclusions of other researchers from the available literature have been systematized. An analysis and verification of previous experiments and research has been performed, with the aim of improving the calculation procedures for determining the thermal performance of finned tube heat exchangers.