Пленочный режим истечения жидкости в системе «труба с внутренним источником теплоты – жидкость» как средство интенсификации теплообмена

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 (невысокие значения критерия Рейнольдса, числа Нуссельта, коэффициента теплообмена, коэффициента теплопередачи), что связано с увеличением площади поверхности теплопередачи и значительными геометрическими размерами. В известной системе типа «труба с внутренним источником теплоты в диэлектрической трубе» трубы образуют 2 канала: центральный цилиндрический и кольцевой. В этой системе в центральном канале обеспечивается турбулентный режим течения нагреваемой среды, в кольцевом – ламинарный. Указанное обстоятельство не способствует интенсификации теплообмена и уменьшению геометрических размеров устройства. В связи с этим требуется поиск решений, обеспечивающих интенсификацию теплообмена. Установлено, что при одинаковом турбулентном режиме течения нагреваемой жидкости система «труба с внутренними источниками теплоты – пленка нагреваемой жидкости» обладает более высокими теплообменными характеристиками (увеличиваются численные значения критерия Рейнольдса, числа Нуссельта, коэффициента теплообмена, коэффициента теплопередачи), меньшей площадью поверхности нагрева и числом труб теплообменника. Данная система может являться одним из средств интенсификации теплообмена в нагревательных устройствах. Применение пленочного истечения целесообразно при нагреве органических жидкостей, в процессе которого возможно разложение органических веществ. Аналогичные термические процессы следует осуществлять при малых значениях тепловых потоков и малого температурного напора.