Интенсификация теплообмена в цилиндрическом змеевиковом теплообменнике электронагревателя с косвенным способом теплопередачи

Abstract

Косвенный электрический нагрев сопротивлением в сельском хозяйстве широко применяется для нагрева газообразных и жидких сред, например, воды и молока. Указанную систему можно отнести к нагревателям с наличием внутренних источников теплоты, когда тепловая энергия в нагревательном элементе выделяется при протекании электрического тока в соответствии с законом Джоуля-Ленца. Одной из проблем подобных систем является недостаточная интенсивность теплообменных процессов, что связано с увеличением площади поверхности теплопередачи и значительными геометрическими размерами. Ранее был произведен анализ теплообменных характеристик в системах «труба с внутренними источниками теплоты – нагреваемая жидкость» и «труба с внутренним источником теплоты – пленка нагреваемой жидкости». В последней системе интенсификация теплообмена обеспечивается организацией пленочного характера течения нагреваемой жидкости. Кроме того, данная система нагрева обладает более высокими теплообменными характеристиками, меньшей поверхностью нагрева и числом труб по сравнению с первой. В работе произведен дальнейший поиск средств интенсификации процесса теплообмена в электронагревательных устройствах косвенного нагрева. Перспективным средством, обеспечивающим интенсификацию теплообмена, является выполнение теплообменника в виде змеевика. Установлено, что система «цилиндрический змеевик – нагреваемая жидкость» при одинаковом турбулентном режиме течения нагреваемой жидкости и одной и той же скорости жидкости в трубе обладает более высокими теплообменными характеристиками (коэффициентами теплоотдачи и теплопередачи, числом Нуссельта, критерием Рейнольдса) по сравнению с системой «труба с внутренними источниками теплоты – нагреваемая жидкость». Это обуславливает большую компактность теплообменника благодаря меньшей поверхности нагрева и длине труб змеевика.