Присвячуємо серію статей проектування і застосування ламелевая (оребрені) теплообмінників, використовуваних в центральних кондиціонерах (AHU) і припливних установках. Занадто часто деякі виробники теплообмінників призводять некоректні дані, що дає підставу проектантам очікувати нереальних результатів. У цій статті розкриємо проблеми з боку повітря: вплив на продуктивність профілю ламелей (оребрения) і втрати напору. Злегка торкнемося також і проблему впливу конденсату в разі батареї охолодження.
Розглянемо випадок примусового обдування теплообмінної батареї. При цьому величина швидкості руху повітря лежить в області від 1 до 5 м / сек. Перебіг повітря між ламелями не є ламінарним, навіть якщо в деяких випадках може так здатися. Ламінарний потік не може бути тут стабільним, так як за кожною трубкою створюється інтенсивний вихор. Навіть якщо ламінарному потоку повітря вдасться цей вихор обійти, він "наткнеться" на наступну трубку (див. Рис. 2). Так що будемо розглядати звичайний турбулентний потік, для якого найчастіше використовують рівняння типу 1 / а = C * v ^ n, де а - коефіцієнт тепловіддачі повітря, v - швидкість повітря, C і n відповідні коефіцієнти. Подібне рівняння застосовується до втрати напору на стороні повітря delta p = D * v ^ m. коефіцієнт n коливається згідно даних, наведених в літературі, від 0,41 до 0,9, коефіцієнт m коливається між 1,3 і 2, частіше 1,8 [1].
Найбільш точним методом визначення всіх коефіцієнтів вважається американський норматив ARI 410 [2]. Він заснований на вимірюванні продуктивності декількох теплообмінників з різною кількістю рядів, з різним кроком оребрення. В якості робочої рідини використовувалася гаряча і холодна вода (як сухе так і вологе охолодження). Для одного типу геометрії і профілю теплообмінника зазвичай проводиться більше 30 лабораторних тестів. Результати вимірювань лягають на пряму лінію в логарифмічною діаграмі (див. Рис. 3). Точність методу ± 5% від загальної продуктивності для будь-якої комбінації рядів, контурів, кроків оребрения.
Вплив профілю ребра і розміру трубки
Вплив профілю наведено на малюнку 3. При хвилястому обребрена коефіцієнт тепловіддачі може збільшитися більш, ніж на 50%, в порівнянні з плоским ребром; причому найбільшу перевагу лежить в області середніх швидкостей повітря [3].
Підвищення коефіцієнта тепловіддачі повітря для профільованих ламелей або ламелей з прорізами забезпечується такими вторинними факторами як:- Збільшення турбулентності потоку;
- Підвищення тепловіддачі з поверхні оребрення (поверхню хвилястого оребрения в реальності більше, ніж плоского в тих же геометричних розмірах довжини і ширини);
- Руйнування прилеглого шару повітря на кожній внутрішній межі ламелей з прорізами.
- Залежно від того чи іншого типу профілю превалює той чи інший механізм.
На малюнку 4 наведено результати симуляції для водяного трирядного теплообмінника-нагрівача за допомогою програми [5]. Порівняємо різні профілі ламелей і два різних діаметра трубок при однаковому кроці між трубками і ламелями. Менша трубка дає менший опір по повітрю, але і меншу поверхню на стороні рідини (менша продуктивність). Також очевидно, що плоскі ребра дають найменшу продуктивність.
Як відрізняється реальність від даних виробника?
У таблиці 1 порівнюються дані, що наводяться виробником з реально виміряними величинами [3]. Точність втрати напору по повітрю була близько ± 10%.
Реальне опір по повітрю буває на кілька десятків відсотків вище, ніж заявлений виробником. Це в якійсь мірі ганьба і хронічна хвороба нашої галузі. Подібним чином виробниками завищуються і продуктивності теплообмінників.
Вплив конденсату на втрати напору повітря
На поверхні охолоджувача повітря при певних умовах відбувається утворення крапель конденсату з повітря (див. Рис. 5). Краплі змінюють робочий перетин теплообмінника і відповідно локальний швидкість повітря зростає, що призводить до значного підвищення опору по повітрю. Втрати напору мокрого теплообмінника можуть бути в два рази вище, ніж у сухого [5].
Втрати напору по повітрю можемо зменшити, застосувавши гідрофільні покриття ламелей [10,11]. В цьому випадку конденсат утворює плоскі до мінімуму краплі, які швидко стікають. Часто при цьому відпадає необхідність встановлювати в систему каплеуловитель [12].
Очевидно чудес в техніці не буває. Більш висока продуктивність оплачується більшою поверхнею або великими втратами напору.
Солідність виробника теплообмінників можна також попередньо перевірити питанням про методику розрахунку, що використовується в його розрахункової програмою. Найбільша різниця між реальним і зазначеним розрахунковим значенням може бути у охолоджувачів, в разі, коли при розрахунку до уваги не бралися краплі конденсату, що утворюються на поверхні ламелі.
Для охолоджувачів, що працюють в умовах утворення конденсату використання гідрофільного покриття призводить до зниження втратою напору повітря і підвищує значення його швидкості, при якій слід використовувати каплеуловитель.
В установках охолодження води - чиллери - виробництва Компанії «Ксірон-Холод» використовуються лише перевірені теплообмінники / конденсатори.