Холодильники

garlic, с этого поста начался спор академиков. С одной стороны Игорь (подкрепленным Kotische), а с другой  victorchik (подкрепленным mak210)...

Вот и коментар mak210

Боюсь влезать в битву титановmak210, 24 Февр. 10, 08:17

mitl Начинается передергивание фактов : 1) рассматриваем металлы их у нас два медь и нержавейка - На фоне этих коэффициентов - теплопроводность материала трубки теряется и суммарная теплопроизводительность практически на 80-90 % не зависит от материала металла.
Теплопроводность меди 390 Вт/м*С - нержи примерно 47 Вт/м*С - неоспоримый факт. 8,29 раза
Теплопроводность воды 0,6 Вт/м*С - по отношению к металлам вода уже теплоизолятор.
к меди 650 раз, к стали 78 раз хуже проводит тепло.


Тепло идет через несколько поверхностей: 1) от слоя воды к пристеночному слою, 2) от пристеночного слоя к поверхностному слою трубы, 3) проходит через стенку трубы, 4) от стенки трубы к поверхностному слою конденсата, 5) от поверхностного слоя конденсата к насыщеному пару.


http://stringer46.narod.ru/HeatExchanger.htm

При неизменной разности температур между горячим и холодным теплоносителями передаваемый тепловой поток зависит от коэффициента теплопередачи.

Увеличение k может быть достигнуто за счет уменьшения толщины стенки и выбора более теплопроводного материала. - в нашем случае тонкая медь лучше толстой нержавейки - но на сколько?


Отсюда видно, что коэффициент теплопередачи всегда меньше самого малого из коэффициентов теплоотдачи. Следовательно, для увеличения коэффициента теплопередачи нужно увеличивать наименьшееиз значений коэффициентов теплоотдачи.

Именно по этой причине толшина металлической стенки в общем процессе теплообмена влияет не более 20% на тепловой поток холодильника. 

Если увеличить наименьший коэффициент теплоотдачи не удается, теплообмен можно интенсифицировать путем оребрения стенки со стороны меньшего коэффициента теплоотдачи.

По этому мы делаем на поверхности витки из проволоки что бы разрушить пристеночный теплый слой со стороны воды и увеличиваем скорость воды за счет малой толщины рубашки.

В нашем случае вода это среда с наихудшей теплопроводностью и для улучшения теплообмена нужно увеличить скорость движения воды с переходом в зону турбулентного движения.



Щас перехожу на "обратные холодильники" - по внутренней гофро трубе движется вода, пар идет по рубашке.
Убиваю зайцев: увеличиваю коэф. тепоотдачи со стороны воды, использую наружный воздух как охладитель, получаю "горячий" возврат флегмы.

Очевидные вещи не всегда очевидны.

На форуме лежат проги расчета- не поленился и сделал расчет при прочих равных условиях:
Мин. необходимая площадь охлаждения (расчетная)   F, см2   224.7 - для медного холодильника
Мин. необходимая площадь охлаждения (расчетная)   F, см2   236.1 - для нержавеющего холодильника

Разница между площадями холодильника: медный как 100% - нержавеющий - 105 %
Между наиболее употребимыми металами при прочих равных условиях разница площадей принебрижительно мала.

Ну если конечно взять пластиковую трубу (или металлопластиковую то тут теплопроводность пластика полиэтилена 0,40 к примеру уже ниже чем воды и он будет доминировать в расчете теплопередачи как самый малопроводящий материал и вносить уже значительное термосопротивление.
Однако в некоторых случаях очень удобны например из фторопластовых трубок теплообменники, они не эффективны но они химически стойки и легко собираются.


Однако явно перебераю когда холодилники делаю по 1,5-2 метра (внутренний 22м рубашка 31 - зазор 3мм) - надо бы одуматься. 

Однако явно перебераю когда холодилники делаю по 1,5-2 метра (внутренний 22м рубашка 31 - зазор 3мм) - надо бы одуматься. 
Flyer, 25 Мая 12, 16:04

Это факт. Делал тут небольшой обратный холодильник из нержгофры длинной 30см, в качестве дефлегматора. Оказалось, что он не менее эффективен, чем прямоточник из 18мм тонкостенной нержавейки, длинной 1м. Вернее на максимально возможную мощность нагрева не испытывал, но 30см нержгофры в рубашке с просветом 2мм, легко справляется с конденсацией пара от 40л молочной фляги на газовой плите (2 конфорки, не меньше 3,5кВт).

Flyer в принципе понятно что ты обьяснил . Только скажи нафига производители различных нагревателей , охладителей , компьтерных кулеров используют упрямо медь ? Не проще нержавеку то применить ?

На форуме лежат проги расчета- не поленился и сделал расчет при прочих равных условиях:
Мин. необходимая площадь охлаждения (расчетная)  F, см2  224.7 - для медного холодильника
Мин. необходимая площадь охлаждения (расчетная)  F, см2  236.1 - для нержавеющего холодильникаFlyer, 25 Мая 12, 16:04

Необходимо написать , что это за равные условия. Сдается мне , что твои расчеты сделаны для ламинарного потока охлаждающей жидкости. Это чисто теоретический случай. На практике же в холодильнике обязательно турбулентное течение , интенсивность завихрений зависит многих факторов , главным является скорость потока. Так вот вихри срывают ламинарную пленку , и теплоотдача от стенки к воде увеличивается в разы. В этом случае теплопроводность трубы играет решающую роль в общей теплопередаче.

Вот статейка про теплообменники, мож кого направит, а кого и укрепит!
Кратенько так:

Скрытый текст

Создание высокоэффективных теплообменных аппаратов
Рассмотрены современные достижения в области интенсификации теплообмена в кожухотрубчатых теплообменных аппаратах. Сформулированы требования к высокоэффективным трубчатым поверхностям теплообмена.
...
Применительно к течению однофазных теплоносителей используются турбулизаторы потока на поверхности, шероховатые поверхности и поверхности, развитые за счет оребрения, закрутка потока спиральными ребрами, шнековыми устройствами, завихрителями, установленными на входе в канал, подмешивание к потоку жидкости газовых пузырей, а к потоку газа — твердых частиц или капель жидкости, вращение или вибрация поверхности теплообмена, пульсации потока теплоносителя, воздействие на поток электростатических нолей, отсос потока из пограничного слоя, струйные системы. Эффективность этих способов различна, в лучшем случае удается увеличить теплоотдачу в 2—3 раза, но для разных способов интенсификации при существенно различных затратах энергии.
...
Для интенсификации теплообмена при конденсации предлагают турбулизаторы или ребра, разрушающие пленку конденсата, несмачиваемые покрытия, жидкие стимуляторы для создания капельной конденсации, закрутку потока или вращение поверхности теплообмена.

Высокоэффективным часто оказывается применение комбинированных методов интенсификации: комбинирование турбулизаторов с оребрением поверхности или с закруткой потока, использование закручивающих устройств при течении суспензий, при кипении — применение турбулизаторов с низкотеплопроводными покрытиями.
...
Конструктивные схемы аппаратов различаются незначительно: аппараты с продольным или поперечным омыванием межтрубного пространства, типа «труба в трубе» или со спиральными трубами. Для увеличения эффективности теплообмена в межтрубном пространстве применяется оребрение наружной поверхности труб: общие плоские ребра для пучка круглых или овальных труб, прямоугольные поперечные или продольные ребра, круглые ребра, многозаходные спиральные ребра, проволочное оребрение. Ребра изготовляются из меди, алюминия или других высокотеплопроводных материалов и обеспечивают увеличение поверхности теплообмена снаружи труб до 20 раз. Как правило, они гладкие, т. е. возможности роста теплоотдачи на них за счет дополнительной искусственной турбулизации потока не используются.

...в последние годы наметилась тенденция к замене унифицированых кожухотрубчатых теплообменников на пластинчатые аппараты. ...
3. Выбор рационального метода интенсификации теплообмена при течении газов и жидкостей в трубах

Как показывают многочисленные данные, из всех известных методов интенсификации теплообмена в трубах наибольшее внимание как эффективным и технологически реализуемым уделяется искусственной турбулизации потока кольцевыми диафрагмами.

В качестве примера эффективной искусственной турбулизации потока рассмотрим метод, разработанный в Московском  авиационном институте применительно к трубчатым теплообменным аппаратам [1].

Сущность предложенного метода заключается в следующем. На наружной поверхности трубы накаткой наносятся периодически расположенные кольцевые канавки (рис. 1).

При этом на внутренней стороне трубы образуются кольцевые диафрагмы с плавной конфигурацией. Кольцевые диафрагмы и канавки турбулизируют поток в пристеночном слое и обеспечивают интенсификацию теплообмена снаружи и внутри труб. При этом не увеличивается наружный диаметр труб, что позволяет использовать данные трубы в тесных пучках и не менять существующей технологии сборки теплообменных аппаратов.
Разработанная БНИИМЕТМАШ технология накатанных труб несложна, допускает использование стандартного оборудования.
Разработанные трубы с кольцевыми турбулизаторами применимы для аппаратов, работающих на газах и жидкостях, при кипении и конденсации теплоносителей, т. е. обладают необходимой для практического применения универсальностью. Кроме того, этим трубам характерна пониженная загрязняемость. Таким образом, трубы с кольцевыми турбулизаторами удовлетворяют всем требованиям, необходимым для их широкого практического использования.
....
В [9] были детально рассмотрены имеющиеся данные [10] по интенсификации теплообмена в трубах благодаря непрерывной закрутке потока, которая может быть обеспечена с помощью скрученных лент или шнековых вставок, расположенных по всей длине трубы. В отличие от местной закрутки она технологически проще и обеспечивает большее увеличение средней теплоотдачи, так как степень закрутки потока по длине канала не уменьшается. Однако при этом растет и гидравлическое сопротивление вследствие дополнительных потерь давления на трение на поверхности ленты или шнека.
...
эффективность интенсификации с помощью ленточных вставок при Rе=104 несколько ниже, а при Rе=105 существенно ниже, чем эффективность интенсификации теплообмена кольцевыми турбулизаторами.
...
Эффективность шнековых вставок значительно ниже ленточных.
...

Все приведённые выше данные для винтовых вставок получены при плотном прилегании их к внутренним стенкам труб. Если же между вставками и трубой появляется кольцевой зазор, эффективность интенсификации теплообмена заметно уменьшается [10]. Другие методы закрутки (спиральные каналы, закрутка потока на входе в канал, витые трубы, спиральные проволочные вставки, спиральные или продольные ребра внутри труб) менее эффективны, чем рассмотренные выше. Также менее эффективны такие методы, как организация пульсаций потока, использование шероховатых поверхностей.

Поэтому применение кольцевых диафрагм предпочтительно в трубах как наиболее эффективный метод.
...
...
...
Таким образом, имеется полная возможность сделать кожухотрубчатые аппараты конкурентоспособными и даже более компактными по сравнению с пластинчатыми. Опыт производства таких аппаратов (с диаметром труб Æ 8 мм) имеется, например, в судостроительной промышленности, и он уже используется в ООО Теплообмен (г. Севастополь) для производства аппаратов систем отопления и горячего водоснабжения.

Следует отметить, что даже при сохранении диаметра используемых труб Æ 16 мм применение интенсификации теплообмена позволяет получить коэффициент теплопередачи К=3030—5100 Вт/м2К и тепловую мощность, составляющую 0,63—1,08 от мощности пластинчатого  теплообменного аппарата, т. е. сделать их конкурентоспособными.
...

7. Интенсификация теплообмена при конденсации
Из всех исследованных способов интенсификации теплообмена при конденсации, по-видимому, наилучшие результаты обеспечивают упомянутые выше трубы с кольцевыми турбулизаторами (см. рис. 1). Как показано в [1], при конденсации пара на наружной поверхности горизонтальных труб коэффициент теплообмена увеличивается в 1.8—2.65 раза, причем тем больше, чем глубже канавки, чем меньше их шаг и чем меньше радиус закругления выступающих частей труб. При конденсации пара на наружной поверхности вертикальных труб интенсификация ниже: она составляет 1.3—1.5 для неподвижного пара и 1.9—2.8 для движущегося пара.

Поскольку данные трубы одновременно существенно интенсифицируют теплоотдачу и внутри труб (в рассматриваемых опытах до 2—2.5 раза), применение их позволяет в целом уменьшить объем конденсаторов в 1.5—2 раза, что значительно лучше других методов. Например, использование продольно накатанных труб или труб с проволочным продольным оребрением позволяет в лучшем случае увеличить коэффициент теплообмена в 1.4—1.6 раза, а применение профильных витых труб дает возможность увеличить коэффициент теплообмена всего на 15%, а гидравлическое сопротивление возрастает при этом на 40—60%.

Следует отметить, что коэффициент теплообмена при конденсации пара на вертикальных трубах с кольцевыми канавками может быть значительно повышен наклоном труб на 3—5° или наклонным размещением кольцевых диафрагм.

...
Наличие турбулизаторов в 3—5 раз снижает солеотложения на обеих поверхностях труб, причем зависимость Rф от времени имеет асимптотический характер, через 100—150 ч значение Rф становится постоянным.
...
Проведенные эксперименты показали, что поскольку солеотложения снаружи и внутри труб с турбулизаторами значительно меньшие, чем в гладких, это позволяет при использовании таких труб обеспечить устойчивую работу теплообменных аппаратов без специальных мероприятий по очистке поверхностей.
.....

«Новости теплоснабжения», № 5, 2004

ЗЫ нашел с картинками!

Меня укрепила . Кольцевые диафрагмы и канавки (из статьи) для турбулизации потока, есть не что иное как гофра, а вставленный внутрь шнек-шампур превращают гофру в самый эффективный холодильник, ну а если снаружи ещё и проволока спиралью навита, ну как у меня  так лучшего и не придумать 

В качестве шампура приглядел в магазине электриков ленту крепежную, нержа, 75р/м
В отделе Арматура СИП. Ей крепят к столбам шитки и т.п., обрезок видел вживую, марка вроде 304 выбита.

Лента Бандажная F207 F2007 COT 37 NILED ...
Ширина 20мм толщина 0,7мм (стр 31)

Ширина 20мм толщина 0,7мм (стр 31)garlic, 25 Мая 12, 21:58

garlic, у МихалычЪ-а потолче!

вставленный внутрь шнек-шампур превращают гофру в самый эффективный холодильникМихалычЪ, 25 Мая 12, 21:32

МихалычЪ на 100% согласен с тобой. Но я хочу внутри нержовую горфу квадратный силиконовый шнур напихать - с диагоналалом меньше внутрешного диометра гофру - скорость воды увеличится, эфективность будеть выше...

Ты уж коллега  San2 извини, но не понял я нихрена   
Что это за квадратный силикон с диагоналом да ещё внутрь гофры где пар должен идти, и почему от этого должна скорость воды повыситься переводчик наверное пьян или карты путает   

МихалычЪ, чукча трезв (насчет переводчика, не уверен)! Имел ввиду холодильник Димрота (coil condenser). Виноват, надо было уточнится, так как ты писал о своем прямоточнике.

Меня укрепила . Кольцевые диафрагмы и канавки (из статьи) для турбулизации потока, есть не что иное как гофра, а вставленный внутрь шнек-шампур превращают гофру в самый эффективный холодильникМихалычЪ, 25 Мая 12, 22:32

Не так, ибо трубы горизонтально и  пар снаружи!

7. Интенсификация теплообмена при конденсации
Из всех исследованных способов интенсификации теплообмена при конденсации, по-видимому, наилучшие результаты обеспечивают упомянутые выше трубы с кольцевыми турбулизаторами (см. рис. 1). Как показано в [1], при конденсации пара на наружной поверхности горизонтальных труб коэффициент теплообмена увеличивается в 1.8—2.65 раза, причем тем больше, чем глубже канавки, чем меньше их шаг и чем меньше радиус закругления выступающих частей труб. При конденсации пара на наружной поверхности вертикальных труб интенсификация ниже: она составляет 1.3—1.5 для неподвижного пара и 1.9—2.8 для движущегося пара.

Не что иное как димрот из гофры вырисовывается.
Единственная проблема диаметр гофры, надо бы потоньше, облизываюсь на такой вариант -
сильфонная подводка для смесителя DN8 1/2"xM10

У нас в сельмаге 320руб за две по 80см!
Или силиконовый диагонал в обычную затолкать:)

В случае прямотока, тоже можно пар пустить снаружи, если наружный материал позволяет и учесть

коэффициент теплообмена при конденсации пара на вертикальных трубах с кольцевыми канавками может быть значительно повышен наклоном труб на 3—5° или наклонным размещением кольцевых диафрагм.

. При конденсации пара на наружной поверхности вертикальных труб интенсификация ниже: она составляет 1.3—1.5 для неподвижного пара и 1.9—2.8 для движущегося пара.garlic, 26 Мая 12, 23:57

Думается мне что пару пофигу с какой стороны трубы идти, ему важна площадь контакта да рельеф поверхности чтобы завихрения были. В гофре рельеф одинаковый что снаружи что внутри. А судя по приведенным коэфф. у вертикальной трубы для движущегося (как в нашем случае) пара коэфф. теплообмена самый высокий. Сие, я бы трактовал так: гофру в вертикалькое положение, шампур внутрь и будет всем хорошо и вкусно

Да я не против 2.8 больше 2.65, хоть там и речь про наружнюю конденсацию. все на крайностях только проявляется, когда надо лишний киловат доконденсировать на одной и тойже трубе, тогда и шампур/палец засунешь и пар снаружи пустишь если не поможет...
А епть, еще ж есть те, кто воду экономят, вот им надо искать самую эффективную модель (если чо - я за димрот из мини гофры;)

Flyer в принципе понятно что ты объяснил . Только скажи нафига производители различных нагревателей , охладителей , компьтерных кулеров используют упрямо медь ? Не проще нержавеку то применить ?

Ну если бы я был производителем заводского масштаба то тоже использовал бы медь и алюминий - хотя сейчас исскуственные  алмазы переплюнули их в телопередаче на порядок примерно.

Для каких граничных условий применяються  : нагревателей , охладителей , компьютерных кулеров?  Теплоотдача воздуху (низкие коэф теплопередачи), компактность (легко делается оребренная поверхность), удобство металлообработки - катаем трубы и ленты.

Вообще то начинаем уходит в дебри теории которые уводят от вопроса можно ли как холодилник использовать трубу со стенкой 3 мм.


Делаю холодильники для себя только из нержавейки - которая фигово  проводит тепло по сравнению с медью, жесткая и не удобная в работе, потому что у меня есть одно граничное условие которое не позволяет мне делать из меди или алюминия - коррозионное растворение. Это же относится к теплообменникам например пластинчатым - хотя это спецализированное оборудование для теплообмена.

На практике же в холодильнике обязательно турбулентное течение , интенсивность завихрений зависит многих факторов , главным является скорость потока. Так вот вихри срывают ламинарную пленку , и теплоотдача от стенки к воде увеличивается в разы. В этом случае теплопроводность трубы играет решающую роль в общей теплопередаче.

Обязательно турбулентное течение? очень интересно об этом узнать! Ну разве что на гофротрубе и то при хорошем расходе теплоносителя. В лушем случае при расчете и разумной подаче теплоносителя влазил в переходную область из ламирнарной. До турбулентной никогда не дотягивал - скорость теплонносителя уж больно велика из нее выходит вязкость и сопротивление потоку - не для моей автономки.
У нас не промышленность, а мелкое подобие ее, соотвественно условия и кпд оборудования несколько отличаються. Реально использовал бы для холодилников и только пластинчатые теплообеники - у них самый высокий КПД но у них и самая высокая цена.

Не навязываю свою точку зрения но нержавейку с толщиной стенки 2-3 считаю можно использовать в теплообменниках. Хотя у золота и короозионная стойкость лучше!

P.S. однако еще холодилники бывают лабораторные стеклянные - там вообще тяжело с теплопредачей и прочностью. Нет наверное смысла спрашивать применяються ли они в промышленности. Заказал себе 8 шт на расчетную производителность 4-6 л дистиллята. Шесть шариков в диаметре 50 мм - переходят в змеевик - получился метровый стеклянный холодилник.
Колба 10 литров и стеклянный мост с холодилником 1,2 м , очень хрупкая конструкция, сталной каркас придеться делать для фиксации с пружинами.

Flyer жалко будешь если расхерачишь ..Да и не безопасно это - стекло , спирт . Поосторожней там а то кто нам будет рассказывать про турбулентное движение 

А где у твоего прямоточника верх, и где низ И где подача воды Если там, где прицеплен садовыи шланг-верх, и там же подача охл. воды, то это есть не правильно. Отсюда и непонятки

однако еще холодилники бывают лабораторные стеклянные - там вообще тяжело с теплопредачей и прочностью. Нет наверное смысла спрашивать применяються ли они в промышленности. Заказал себе 8 шт на расчетную производителность 4-6 л дистиллята. Шесть шариков в диаметре 50 мм - переходят в змеевик - получился метровый стеклянный холодилник.
Колба 10 литров и стеклянный мост с холодилником 1,2 м , очень хрупкая конструкция, сталной каркас придеться делать для фиксации с пружинами.
Flyer, 28 Мая 12, 09:23

Использовал восьмишариковый химический (стеклянный) холодильник. Крайне недоволен теплоотдачей, производительностью да и расхерачил уже пару штук. Но это первый опыт был:)  Теперь тока из нержи. По сравнению со стеклянным - земля и небо.

Flyer в принципе понятно что ты обьяснил . Только скажи нафига производители различных нагревателей , охладителей , компьтерных кулеров используют упрямо медь ? Не проще нержавеку то применить ?
mitl, 25 Мая 12, 16:40

Поясняю. В случае компьютерных радиаторов теплопроводность металл значение имеет, вот почему.  Там тепло передаётся не через тонкую стенку от конденсирующегося пара к воде (толщина стенки принимаем в среднем 1 мм, а от грячего процессора на большое расстояние к фиговому теплосьёму на воздухе, путь тепла велик, дорога длинна   Если бы у вас на компе как у продвинутых оверлокеров стояло жидкостное охлаждение, то и радиатор быд бы не обязательно медный.  А вообще в радиаторах тепловые трубки используются ( у меня в радиаторе Zalman так точно они стоят) почитайте про них в инете, интересно будет.

Второе. Для улучшения теплообмена со стороны конденсирующегося пара надо чтобы образующаяся жидкость максимально быстро освобождала поверхность не накапливаясь плёнкой. Для этого радиатор должен быть гидрофобным. У меня есть возможность использовать силиконовую пасту для этого дела, если ей обработать стекло или металл то большинство жидкостей (вода и спирт точно) конденсируются каплями не образуя плёнки.  И лучше когда конструктив таков что образовавшись капля МАКСИМАЛЬНО БЫСТРО освобождает место новой, то есть никаких наклонных пологих поверхностей и тому подобного.