Категории сайта

Судовые теплообменные аппараты

Теплообменные аппараты на судне являются важными компонентами системы охлаждения и теплопередачи. Они предназначены для эффективного перемещения тепла между различными средами, обеспечивая нормальную работу двигателей, систем кондиционирования воздуха, оборудования для поддержания теплового баланса и других систем на судне.

Наиболее распространенными типами теплообменных аппаратов, используемых на судах, являются пластинчатые теплообменники, теплообменники трубчатого типа и радиаторы. Эти аппараты обеспечивают эффективное охлаждение или нагрев жидкостей и газов, что особенно важно на судах, где управление температурными режимами играет ключевую роль в обеспечении безопасности и эффективности судовых операций. Такие системы также подвергаются строгим проверкам и обслуживанию, чтобы гарантировать их надежную работу в морских условиях.

Термосифоны и тепловые трубы относятся к специальным типам теплообменных аппаратов с промежуточным теплоносителем. Тепловые трубы относятся к классу теплопередающих устройств, общим признаком которых является функционирование по принципу испарительно-конденсатного цикла. Такие устройства, в которых возврат конденсата в зону подвода теплоты осуществляется под действием гравитационных сил, называются двухфазными термосифонами.

Впервые тепловая труба (ТТ) была изобретена в 1897 г. англичанином Дж. Перкинсом. ТТ называются устройства, выполняющие функции теплопроводов типа стержней и ребер. В отличие от теплопроводов из сплошного твердого материала, внутри ТТ осуществляется интенсивный тепломассообмен за счет процессов испарения и конденсации жидкости, находящейся внутри трубы (промежуточного теплоносителя). В результате эффективность теплопередачи (теплопроводность стержня) возрастает в несколько раз.

ТТ в простейшем виде представляет собой полый герметичный предварительно отвакуумированный корпус (рис. 1), внутренняя поверхность которого имеет капиллярную структуру, насыщенную жидким теплоносителем.

Устройство тепловой трубы
Рис. 1 Принципиальная схема тепловой трубы

Тепловой поток, подводимый от источника теплоты к зоне испарения ТТ, вызывает испарение жидкости с поверхности капиллярной структуры, обращённой в паровой котёл. Полученный пар под действием градиента давления движется по паровому каналу адиабатной зоны в зону конденсации.

ТТ позволяют эффективно решать, как правило, одновременно следующие технические задачи:

Основные Показатели и характеристики систем на суднепреимущества тепловых труб:

ТТ по конструкции аналогична термосифону, но в тепловой трубе на внутренней стенке прикреплен фитиль, выполненный, например, из нескольких слоев тонкой сетки. Конденсат возвращается в испаритель под действием капиллярных сил. Бесфитилъные ТТ (гравитационные или гладкостенные ТТ) называют двухфазными термосифонами. Труба может быть любой конструкции (рис. 2).

Виды тепловых труб
Рис. 2 Схемы различных конструкций тепловых труб:
а – бесфитильная тепловая труба; б – тепловая труба с фитилем; в – с горизонтальным испарителем; г – с горизонтальным конденсатором; д – с горизонтальным конденсатором и перегородкой или вставкой в испарителе; е – с внутренней вставкой и перепускными каналами; ж , з – открытые термосифоны

Возврат конденсата может быть осуществлен другими способами:

Конструкция бесфитильных тепловых труб – простая, она включает гладкостенный цилиндр или камеру, заполненную теплоносителем. Из трубы удаляется воздух, после чего она герметично закрывается. В фитильных конструкциях внутренние стенки трубы выложены фитилём, что является отличительной особенностью фитильных тепловых труб. С увеличением радиуса термосифона тепловой поток уменьшается. Уменьшение теплового потока наблюдается и при увеличении отношения длины охлаждаемой части Lо термосифона к нагреваемой Lн, т. е. Lо/Lн. Это подтверждается экспериментальными данными, полученными на теплоносителях в воде, этиленгликоле и глицерине.

При конструировании термосифонов следует выбирать:

Lн/r = 15,

где:

Наличие вставки между Накипеобразование в испарителях морской воды и методы его предотвращения на суднеиспарителем и конденсатором интенсифицирует теплообмен. Как показали специальные исследования, лучшие результаты были получены при применении теплоизолированной вставки с переходным каналом.

Читайте также: Судовые вспомогательные механизмы и теплообменные аппараты

Бесфитильные тепловые трубы работают под давлением, что осложняет их обслуживание и снижает надежность. Работа бесфитильных тепловых труб осуществляется следующим образом. При подводе тепла теплоноситель в двухфазных термосифонах вскипает, в конвективных – нагревается. Двухфазная смесь (жидкий теплоноситель) транспортируется за счет разности плотностей в зону теплоотвода. Сконденсированный, или «охлаждённый», жидкий теплоноситель поступает за счет сил гравитации в зону теплоотвода, и процесс повторяется.

Зона теплоотвода (нижняя часть) бесфитильных тепловых труб называется испарителем, а зона теплоотвода (верхняя часть) – конденсатором. Средняя часть труб включает адиабатическую зону. Процессы, протекающие в бесфитильных тепловых трубах, сложнее процессов протекания в конвективных термосифонах. Вода, являясь наиболее доступным и дешевым теплоносителем, имеющим значительную скрытую теплоту парообразования, употребляется наиболее часто. Температурный интервал применения также достаточно широк: 57 … 200 °С. Однако при температуре более 1 000 °С имеется недостаточно информации по исследованию бесфитильных тепловых труб для того, чтобы можно было разработать единую методику их расчета. Наиболее полно изучены бесфитильные тепловые трубы, в которых в качестве теплоносителя используется вода.

В фитильных тепловых трубах возврат конденсата происходит по капиллярам фитиля. Испарительные термосифоны могут передавать большие тепловые потоки за счет использования скрытой теплоты парообразования. Например, тепловая труба будет иметь теплопроводность в сотни раз большую, чем медь, если используется вода при температуре t = 150 °С. Если применять литий при температуре t = 150 °С, то в осевом направлении может быть передан тепловой поток 10… 20 кВт/см2. При соответствующем выборе рабочей жидкости и материала корпуса могут быть созданы тепловые трубы для работы в интервале от 4 до 2 300 К.

Тепловая труба может использоваться и как трансформатор теплового потока, т. е. подвод и отвод теплоты происходят при различных температурных уровнях (рис. 3).

Механизм трансформатора тепла
Рис. 3 Схема тепловой трубы, работающей как трансформатор тепла

Основное преимущество тепловых труб заключается в чрезвычайно высокой теплопроводности и изотермичности поверхности при низком термическом сопротивлении.

Возможное применение тепловых труб:

Такие аппараты позволяют исключить низкотемпературную коррозию при предварительном нагреве воздуха или воды уходящими газами котлов и печей. Тепловые трубы особенно перспективны для работы в агрессивных условиях. Так как коэффициенты теплоотдачи при кипении и конденсации в тепловых трубах достаточно велики, необходимо интенсифицировать внешний теплообмен от конденсаторов тепловых труб.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Сентябрь, 18, 2023 34 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ