Теплоотдача пучков шероховатых труб

На современном этапе технического развития все больше внимания уделяется интенсификации процесса конвективного теплообмена в теплообменных аппаратах. При взаимодействии твердой теплопередающей непроницаемой поверхности с омывающим ее потоком газа или жидкости основное сопротивление теплопередаче оказывает образующийся пограничный слой. Чем больше толщина теплового пограничного слоя и чем ниже теплопроводность теплоносителя, тем меньше теплоотдача. Поэтому основные методы интенсификации конвективного теплообмена направлены на разрушение или искусственную турбулизацию пограничного слоя. Различают активные методы, когда применяется дополнительная внешняя энергия (ультразвук, вибрация, электрическое поле, механическое воздействие и т.д.), и пассивные, без применения внешней энергии. К пассивным методам относятся: применение оребренных и других развитых поверхностей теплообмена в случае теплоносителя с низким коэффициентом теплоотдачи, использование турбулизирующих планок, завихрителей, шероховатых поверхностей, разрушающих пограничный слой.

Одним из эффективных пассивных методов интенсификации конвективного теплообмена между стенкой и омывающим ее турбулентным потоком является создание искусственной шероховатости на поверхности стенки. В отличие от ребристых поверхностей в этом случае теплоотдача возрастает не в результате увеличения теплообменной поверхности, а из-за уменьшения теплового сопротивления пограничного слоя при генерации вихревого течения в пристенной зоне элементами шероховатости.

Интенсивность теплообмена и выбор оптимальной шероховатости в значительной степени зависят от гидродинамического режима в пограничном слое. Наиболее выгодными в этом отношении являются турбулентный или переходный режимы течения.