CRESTEREA EFICIENTEI SCHIMBATOARELOR DE CALDURA PRIN INTENSIFICAREA SCHIMBULUI DE CALDURA

CRESTEREA EFICIENTEI SCHIMBATOARELOR DE CALDURA PRIN INTENSIFICAREA SCHIMBULUI DE CALDURA

1Consideratii generale

Imbunatatirea proceselor de transformare a caldurii din aparatele industriale de schimb de caldura amelioreaza performantele tehnice si economice ale acestor aparate.Ecuatia de transfer a sarcinii termice Q[W] intr-un aparat cu suprafata S m²] diferenta medie de temperatura intre fluide Δt_med [°C] si coeficientul global de schimb de caldura K_s [W/m² ·°C] este: Q = K_sSΔt_med.

Intensificarea schimbului de caldura se poate obtine actionand separat sau simultan asupra celor trei factori din membrul drept al ecuatiei.Indiferent de metoda care se adopta, aceasta trebuie justificata tehnic si economic prin considerarea costului aparatului, costul energiei de pompare, cheltuielile de exploatare a aparatului, comportarii si efectelor produse de aparat prin incadrarea sa in instalatia respectiva.

In mod obisnuit, cresterea lui Δt_med nu este considerata ca un procedeu de intensificare a

schimbului de caldura, datorita pierderilor termodinamice(exergetice) produse de transferul caldurii la diferente mari de temperatura.Marirea lui S reprezentata de extinderea suprafetei de schimb de caldura de baza prin nervurare, acest procedeu este larg folosit, fiind asociat de regula utilizarii unui agent termic gazos, la care coeficientii de convectie sunt redusi.

In continuare, se vor prezenta in mod special metode studiate astazi de intensificare a schimbului de caldura prin ridicarea valorii lui K_s .Admitand, pentru simplificare , cazul transferului de caldura intre doua fluide printr-un perete plan, coeficientul K_s se determina cu relatia:

in care:

,

-coeficientii de convectie corespunzatori celor doua fluide, in [W/m² ·°C];

δ -grosimea peretelui plan, in [mm];

-conductivitatea termica a peretelui, in [W/m² ·°C];

Coeficientul se obtine prin neglijarea rezistentei termice a peretelui λ/δ .In figurile 1 si 2 se prezinta grafic expresiile in forma si f(,δ/λ) si K_s. Rezulta ca valoarea lui K_s este intotdeauna mai mica decat cea mai mica valoare dintre coeficientii .Cresterea lui este influentata sensibil doar de marirea celui mai mic coeficient α ; ramane practic neschimbat la cresterea valorii celui mai mare dintre coeficientii .Daca, de exemplu, α₁<α₂ ,o cresterea a lui produce o marire relativ rapida a lui pana cand α₁α₂; in continuare, intensificarea schimbului de caldura se obtine prin cresterea simultana a lui α₁ si

In figura 3, se reprezinta grafic intervalul uzual de variatie a coeficientului a pentru diferite fluide si procese de convectie.

Majorarea rezistentei termice a peretelui hjX este insotita de o reducere a coeficientului global K_s, influenta fiind cu atat mai mare cu cat este mai ridicata valoarea lui K_s; aceasta concluzie este valabila atat la considerarea rezistentei termice a peretelui, cat si a depunerilor.

Marirea coeficientului K_s se poate realiza prin:

. Reducerea rezistentei termice 5/1 a peretelui prin micsorarea grosimii acestuia si prin alegerea unui material cu conductivitate termica mai ridicata; aplicarea in practica a acestor masuri este insa limitata de calculul de rezistenta si de considerente economice;

. imbunatatirea schimbului de caldura prin convectie, prin cresterea vitezei de circulatie a fluidelor sau prin utilizarea unor metode speciale de intensificare a schimbului de caldura.

Datorita unor valori insuficient de ridicate ale coeficientului de convectie a. transferul de caldura constituie un factor limitativ al performantelor aparatelor schimbatoare de caldura din cele mai diferite tipuri, motiv pentru care se dovedeste ca indicata orice masura tehnica, justificata economic si functional, capabila sa ridice nivelul acestor performante.

Intensificarea convectiei prin ridicarea vitezei W de circulatie a fluidelor are un domeniu economic de aplicatibilitate relativ ingust, pe de o parte a crescand cu W°* (conform relatiilor criteriale din convectia fortata) dar, pe de alta parte, energia de pompare variind proportional cu JF³ .Pentru fiecare caz in parte, se poate determina o viteza optima de curgere a fluidului.Alegerea unor viteze ridicate de curgere trebuie atent corelata cu problemele de eroziune mecanica si vibratii.

Principalele metode de intensificare a convectiei folosesc: promotori de turbulenta(de tipul rugozitatii artificiale uniforme sau discrete, generatori de turbulenta), vibratia suprafetei de schimb de caldura sau a fluidului, campuri electrostatice si aditivii

2 Promotori de turbulenta

2.1 Rugozitatea articiala:

Marea majoritate a cercetarilor efectuate au condus la stabilirea de relatii de calcul pentru coeficientul de convectie la peretii netezi.Prin natura sa, fenomenul de convectie se desfasoara insa in cea mai mare parte in startul de fluid de linga perete, fiind influentat de starea suprafetei de schimb de caldura, respectiv de rugozitatea acesteia.

Cercetarile din ultimii ani atrag atentia asupra imbunatatirilor procesului convectiei prin executarea pe suprafata de schimb de caldura a unor profite speciale in scopul crearii de rugozitate artificiala.

Rugozitatea produce doua efecte opuse: marirea simultana a coeficientului de frecare liniara f(si implicit a puterii de pompare N) si a coeficientului de convectie .Cresterea Iui se datoreaza reducerii rezistentei termice a stratului limita prin micsorarea grosimii acestuia, produsa de turbulenta superficiala sporita.

La analiza eficientei oricarei metode de intensificare a schimbului de caldura, trebuie studiate toate consecintele care apar.Un criteriu de comparatie este dat de raportul:

=f(R_e,P, geometria promotorului de turbulenta), in care exprima raportul dintre coeficientul de convectie intensificata α* si coeficientul de convectie a_Q pentru suprafata neteda, calculat pentru aceeasi putere de pompare N, diametrul d si lungime de schimb de caldura l; acest raport se exprima in functie de numarul Reynolds R_e, numarul Prendl P_r si de geometria promotorului de turbulenta.

Un alt criteriu de apreciere a performantelor este indicele de eficienta η definit prin relatia:

unde si se refera la procesul de convectie intensificat, iar α₀ si f₀ la procesul de convectie pentru suprafata neteda. Indicele η reprezinta cresterea relativa a coeficientului de convectie a, corespunzatoare unei marimi relative date in coeficientul de frecare liniara f, pentru aceiasi parametri R_e,dl

In fine, se poate utiliza indicele de imbunatatire a performantelor η₁ dat de expresia

in care (K_SS) se refera la suprafata de schimb de caldura intensificat, iar (K_SS)₀ la suprafata neteda.

Dintre cele mai semnificative studii si rezultate privind intensificarea convectiei monofazice, se mentioneaza urmatoarele:

. Folosirea rugozitatii uniforme de tip granular cu = 0.0024 ÷0.0488 (e este inaltimea medie a rugozitatii,d este diametrul interioral tevii) la apa(P_r =1.20÷5.94) a condus la rapoarte 1.5÷2.

. Inele cu sectiunea transversala rectangulara sau semicirculara presate echidistant pe suprafata interioara a unei tevi au produs performante optime pentru un raport pas/inaltimea inelului 10.

. La curgerea prin spatii inelare cu suprafata de schimb de caldura a peretelui interior zimtuita in cruce, s-au obtinut valori

Nervuri de mica inaltime sau filete, ambele tipuri de geometri cu unul sau mai multe inceputuri ale spiralei, au produs cresteri ale coeficientilor de convectie =1.2 ÷ 2, pentru valori ale coeficientilor de frecare =1.4÷4

Rugozitatea artificiala a fost utilizata si pentru imbunatatirea schimbului de caldura prin convectie in procesele de fierbere sau condensare.Un numar de studii au demonstrat marirea fluxului termic la tevile rugoase in comparatie cu cele netede, cu valori cuprinse intre 50% si 100% pentru puteri de pompare comparabile.

In continuare, se prezinta cateva tipuri de tevi care realizeaza intensificarea schimbului de caldura, precum si aplicatiile lor industriale. In figura 4 sunt aratate cateva tipuri de tevi de tipul 'Integron' prevazute cu nervuri transversale pe suprafata exterioara si utilizate economic in toate cazurile in care coeficientul de convectie interior α_i este mult mai mare decat coeficientul de convectie exterior α_e .Nervurile scurte actioneaza ca promotori de turbulenta, putand fi considerate in acelasi timp ca rugozitate artificiala pe suprafata de schimb de caldura.

Fig. 4 Tevi cu diverse grade de nervurare a suprafetei exterioare de tipul 'Integran'

Tevile cu nervuri scurte sunt recomandabile cand α_i2α_e, in aplicatii ca incalzirea sau

racirea (inclusiv apa in convectie naturala sau cu viteze coborate de curgere), condensare si fierbere; ele se folosesc, cu precadere, la schimbatoarele de caldura cu tevi si manta, la care, in spatiul dintre tevi, datorita numerelor Reynolds reduse, se obtin la tevile netede coeficienti α_e redusi.

Tevile cu nervuri lungi realizeaza in special extinderea suprafetei exterioare de schimb de caldura si se utilizeaza in cazul gazelor sau lichidelor vascoase cu viteza mica, in curgerea transversala pentru tevi.Extinderea interioara a suprafetei de schimb de caldura este prezentata in figura 5 si este executata sub forma unor nervuri radiale din aluminiu,dispuse in interiorul tevii.Aceasta solutie este folosita, in special, la vaporizarea agentilor frigorifici in interior si curgerea apei la exterior;

de asemenea ea poate fi considerata si in cazuri in care α_i reprezinta elementul de control in determinarea coeficientului global de schimb de caldura.

Fig. 5 Tevi cu nervuri interioare

Fig. 6 Tevi de tip funie

In cazul in care coeficientii de convectie α_i si α_e au deja valori ridicate , folosirea nervurilor nu se justifica economic, deoarece rezistenta termica a nervurii devine un factor major: de asemenea, in aceste conditii creste sensibil si ponderea rezistentei termice a peretelui neted R_sp (prin folosirea peretilor subtiri, din materialele cu conductivitate termica ridicata) si prin utilizarea metodelor de marire a coeficientilor α_f si α_e.

In acest scop au fost create tevi cu profile speciale, care actioneaza ca promotori de turbulenta pe suprafata de schimb de caldura, ca de exemplu tevile de tip funie(fig. 6) si tevile canelate(fig. 7).

Tevile de tip funie (fig. 6) se poate utiliza in bune conditii in instalatiile vaporizatoare (la aparatele de preancalzire la care aburul condenseaza la exterior si apa curge prin tevi), la condensatoarele din centralele termoelectrice, in schimbatoarele de caldura lichid-lichid sau gaz-gaz, la care curgerea printre tevi este longitudinala etc., pentru care au fost determinate experimental caracteristicile geometrice optime ale parametrilor de turbulenta(inaltimea profilului, pasul, numarul de inceputuri, unghiul elicei).in comparatie cu tevile netede, pentru aceeasi putere de pompare, castigul net la utilizarea tevilor funie este de circa 30%, cu o crestere usoara a costului pe metru lungime teava.

Tevile canelate(fig, 7) se folosesc la vaporizatoarele cu tevi verticale, la care aburul condenseaza in exterior, iar lichidul vaporizeaza in tevi, contribuind astfel la extinderea gradului de intrebuintare a acestor aparate in practica. Acest tip de suprafata utilizeaza avantajul creat de tensiunea superficiala ridicata, care produce scurgerea condensatului dinspre creasta spre santul profilului si realizeaza coeficienti de convectie extrem de ridicati in regiunea crestei.Tevi le canelate pot fi executate cu santuri verticale sau oblice, cu performante asemanatoare de schimb de caldura, cele din ultima categorie avand insa o capacitate mai mare de preluare a diferentelor de presiune care apar in exploatare.

Fig. 7 Tevi canelate

Profilul canelat are un efect redus asupra coeficientului de convectie la vaporizare, dar se justifica prin aceea ca mareste de aproximativ sase ori coeficientul de convectie la condensare, dubland astfel coeficientul global de schimb de caldura in comparatie cu teava neteda.in plus, teava canelata mareste cu circa 25% suprafata de schimb de caldura fata de teava neteda.

Desi suprafetele rugoase au inceput sa fie cercetate intensiv doar in ultima perioada de timp(practic in ultimul deceniu), asa cum s-a mentionat, exista deja preocupari si realizari legate de aplicatiile lor tehnice.Legat de posibilitatile de folosire practica a suprafetelor prevazute cu rugozitate artificiala, se pot rezuma urmatoarele elemente:

a) intrebuintarea suprafetelor rugoase in constructia schimbatoarelor de caldura conduce, datorita intensificarii transferului de caldura, la realizarea de aparate compacte, la care se inregistreaza, pentru o sarcina termica data, importante economii de metal.De exemplu, daca o anumita suprafata rugoasa relizeaza (α*/α₀)_N=2, la o suprafata data de schimb de caldura, se poate dubla sarcina termica Q a aparatului pentru o diferenta de temperatura Δt constanta sau acelasi Q se poate reduce Δt la jumatate.

In cazurile in care apar curgeri sau fluxuri termice neuniforme, poate fi avantajoasa rugozitatea partiala a suprafetei de schimb de caldura, numai in zonele cu fluxuri termice ridicate sau cu coeficienti scazuti de schimb de caldura.in acest fel, prin utilizarea rugozitatii doar in puncte calde, pierdera totala de presiune este afectata doar in mica masura.

b) Aparatele schimbatoare de caldura care se preteaza la utilizarea suprafetelor rugoase sunt din cele mai variate tipuri si aplicatii industriale(in centrale termoelectrice si sisteme de termoficare, in industria chimica si petroliera, in tehnica frigului si a aerului conditionat, in tehnica nucleara etc).

c) Rugozitatea artificiala poate fi prelucrata atat pe suprafata interioara, cat si pe cea exterioara a tevilor schimbatoare de caldura, executarea ultimei fiind mai simpla.Se recomanda ca rugozitatea artificiala sa fie plasata pe partea fluidului care realizeza valoarea cea mai coborata pentru coeficientul de convectie, obtinandu-se astfel o crestere eficienta a coeficientului global de schimb de caldura K.

d) Se remarca, in mod deosebit, folosirea intensiva a tevilor cu rugozitate interioara in sistemul fierbator al cazanelor cu circulatie naturala, in scopul prevenirii intreruperii fierberii nucleice si aparitiei fierberii peliculare in zonele cu fluxuri termice ridicate.Astfel, este cazul firmei Babcock-Wilcox care a utilizat tevi cu nervuri spirale interioare in sistemul vaporizator al unor cazane cu circulatie naturala asistata cu parametrii 1700 t/h, 180 bar, 540/550°C.Acest procedeu permite obtinerea unor titluri ale aburului mai mari si o reducere apreciabila a costului.Avantajele care decurg din folosirea tevilor rugoase sunt aratate in figura 8, unde se face o comparatie intre comportarea tevilor netede si rugoase; se observa ca in tevile rugoase, regimul critic de fierbere se atinge la valori ale titlului aburului cu mult mai mari decat in tevile netede, deci corespunzator Ia fluxuri termice critice mai inaite.

Fig. 8 Comparatia performantelor tevilor netede si rugoase pentru procesul de fierbere

e) Datele experimentale sumare de care se dispune, ca si informatiile furnizate de unele firme constructoare de tevi cu suprafete rugoase, arata ca performantele acestora sunt afectate de existenta depunerilor intr-o masura mai mica decat tevile netede.

f) Rugozitatea artificiala, ca mijloc de imbunatatire a schimbului de caldura, isi mareste eficacitatea in urmatoarea ordine a fluidelor: gaze(P_r =0.86÷0.96), apa (P_r= 0.86÷0.96), lichide organice(P_r=2.9÷9), uleiuri (P_r=0.86÷0.96), la care turbulenta suplimentara produsa de rugozitatea in stratul limita reduce rezistenta termica a acestuia la trecerea caldurii, prin intensificarea transferului de masa si de moment.La metalele lichide (P_r =0.004÷0.01), ia care elementul determinant in schimbul de caldura prin convectie il constituie conductia termica, prin stratul limita, utilizarea rugozitatii artificiale este indicata.

Aplicatie:

Intr-o instalatie industriala, un schimbator de caldura de proces przinta o limitare a sarcinii termice.Ce imbunatatire se poate obtine prin inlocuirea tevilor netede ale aparatului cu tevi 'Integron' cu caracteristicile din figura 9? Aparatul are doua treceri si are 620 tevi de alama cu aluminiu, cu dimensiunile 19 × l.65[mm] si lungimea de 5[m], aranjate in patrat cu pasul de 25 [mm] .Fluidul de lucru intra la 88°C si iese la 32°C .

Apa de racire , cu debit G₂ = 105 [Kg/s], intra la 19°C si iese la 23°C.

Practica indica o resistenta termica a depunerilor de 0.00035[m²·°C/W] .

Viteza apei in tevi si rezistenta termica a depunerilor interioare sunt: 1÷8 [m/s];

[m²·°C/W];2÷0.9[m/s]; [m²·°C/W];3÷1.8[m/s]; [m²·°C/W];

4÷0.9[m/s]; 0.00035 [m²·°C/W].Vitezele apei sunt pentru teava neteda: cu teava 'Integron' vitezele sunt cu 56% mai mari pentru acelasi debit total.Toate curbele se bazeaza pe o temperatura a apei de 26.5°C si o rezistenta termica a depunerilor exterioare de [m²·°C/W];.Aceste curbe se pot utiliza si la asezarea triunghiulara a tevilor cu pasul de25[mm], cu erori de maxim 10%.

 

Fig. 9 imbunatatirea performantelor la tevile cu rugozitate exterioara alcatuita din nervuri spiralate de mica inaltime tip 'Integran'

Sarcina termica a aparatului este:

Q=G₂c_p2δt₂=105×4.19×10³×(23-19)=1759800[W]

Diferenta medie logaritmica de temperatura:

Δt_med,CC =32.34. Rezulta ca: p = 0.058, R=14,F = 0.95 si Δt_med,CC =32.34×0.95=30.72 .

Coeficientul global de schimb de caldura al aparatului esxistent, cu depuneri este:

[m²·°C/W]

Viteza apei prin tevile existente este:

Se utilizeaza curbele 3 din figura 9(corespunzatoare unei viteze a apei de 1.8 [m/s] si unei rezistente termice a depunerilor interioare de 0.00035[m²·°C/W].Pentru K_s=310 [W/m²·°C], pentru condensare rezulta un indice de imbunatatire a performantelor 88%, iar pentru racire = 72% .Pentru intregul aparat, imbunatatirea se va gasi intre doua extreme, putandu-se obtine un indice = 75÷80% .

Pentru acelasi debit de apa de racire , viteza prin tevile 'Integron' va fi   =1.75×1.56 = 2.73[m/s], cu o crestere corespunzatoare a puterii de pompare.

2.2 Generatori de turbulenta

Acest procedeu intensifica schimbul de caldura prin turbionarea curgerii fluidelor prin conducte.Producerea unei curgeri turbionate se realizeaza prin benzi rasucite, serpentine, sarme si nervuri spirale,elici sau alte dispozitive generatoare de turbulenta montate la inceputul conductelor.S-a dovedit experimental ca toate aceste elemente imbunatatesc schimbul de caldura convectiv monofazic sau bifazic(fierbere sau condensare), fenomen insotit de regula de o marire a puterii de pompare, cresterile obtinute pentru a, in cazul utilizarii curgerii turbionate, sunt relativ mari datorita vitezelor crescute, curgerii secundare produse de fortele radiale favorizate de gradientii de densitate si efectul de nervura.

Dintre aceste dispozitive, foarte eficiente se dovedesc a fi acelea care realizeaza o curgere elicoidala si anume serpentinele si benzile rasucite, ambele deja cu numeroase aplicatii industriale, in parte justificate si de tehnologia lor simpla.

Pentru tevile in forma de serpentina, au fost obtinute majorari ale coeficientului de convectie de pana la 50% pentru rapoarte dintre diametrul elicei si diametrul tevii de aproximativ 20.

In mod special, benzile rasucite au captat o utilizare larga datorita fabricatiei simple, utilizarea lor pretandu-se si la echipamentele existente, in vederea imbunatatirii performantelor acestora.Prin folosirea benzilor spirale, se pot obtine cresteri (α^*/α₀)_N pentru valori de (2.5÷8)d ale rasucirii cu 180° abenzii(d este diametrul interior al tevii).Se mentioneaza ca benzile rasucite pot fi plasate in instalatiile schimbatoare de caldura, eventual numai in zonele cu fluxuri termice maxime, producand astfel intensificarea transferului de caldurii, cu efect redus asupra puterii totale de pompare.Acest lucru a fost deja utilizat in practica in anumite cazane de abur cu parametrii supracritici, pentru a elimina pericolul arderii suprafetei de transfer de caldura produse de deteriorarea procesului de schimb de caldura la atingerea fluxului termic critic.

Studii recente au aratat ca pentru curgerea turbionata elicoidal si pentru curgerea axiala, fierberea la subracire se desfasoara dupa aceeasi curba.Cu toate acestea, in primul caz pierderea de presiune a fost de circa trei ori mai mica decat in al doilea caz, fapt care arata ca curgerea spirala este deosebit de eficienta cand se compara cu curgerea axiala pe baza puterii de pompare.

a) comparatia performantelor de schimb de b)comparatia performantelor   pierderii

caldura

Fig. 2.2 A-inele metalice echidistante; B-discuri echidistanta sustinute axial in teava; C-banda rasucita cu miez axial; D- banda rasucita

In figura 2.2, se prezinta grafic o comparatie intre diferite tipuri pe baza de promotori de turbulenta, prin prisma schimbului de caldura si a pierderilor de presiune.

3 Alte metode de intensificare a schimbului de caldura prin convectie:

In afara procedeelor de intensificare a schimbului de caldura prin convectie prezentate mai sus si care reprezinta mijloacele cu posibilitatile potentiale cele mai mari, s-au mai experimentat si alte tehnici, ale caror elemente caracteristice sunt aratate in continuare.

a)Vibratia suparafetei de schimb de caldura.S-a constatat experimental ca inducerea de oscilatii suficient de intense poate imbunatati procesul de convectie. Fenomenul poate fi rezlizat producand vibratii ale suprafetei de schimb de caldura sau ale fluidului.In prima categorie-vibratii ale suprafetei de schimb de caldura- majoritatea incercarilor au fost efectuate cu tevi orizontale, carora li s-au imprimat oscilatii orizontale sau verticale cu frecvente de pana la (0.1-÷2)d si amplitudini de (0.1÷2)<i, unde d este diametrul tevii.Oscilatiile au fost produse de vibratoare electrodinamice sau motoare cu excentric.

In timp ce imbunatatirile obtinute in procesele de convectie naturalamonofazica sau in cele de fierbere au fost neinsemnate, in convectia fortata monofazica s-au obtinut valori α*/α₀<4, depinzand de sistem si de intensitatea vibratiilor.La intensitati mari, s-a constatat aparitia cavitatiei.

b)Vibratia fluidului reprezinta a doua alternativa de utilizare a oscilatiilor in intensificarea schimbului de caldura; in acest caz, pulsatiile realizate cu dispozitive , de la intrerupatoare de curgere pana la traductoare piezoelectrice, au frecvente in domeniul (1÷10⁶ ) Hz.

incercarile efectuate cu aer in convectie naturala au aratat imbunatatiri de pana la 100-200% pentru nivele de intensificare a sunetului de 134 ÷ 140dB(sensibil deasupra limitei de toleranta umana de 120db).Experientele efectuate cu lichide in convectie naturala au condus la cresteri ale coeficientului de convectie de 30-450% cu vibratii sonice si ultrasonice dar aparitia cavitatiei a insotit fenomenul de intensificare a convectiei.Pentru ambele categorii de fluide, s-a considerat ca nejustificata economic utilizarea vibratiilor agentului termic in convectie naturala.

In procesele de convectie fortata a gazelor si lichidelor, s-au obtinut imbunatatiri ale schimbului de caldura cu 50-100%, in special in regimuri de curgere tranzitorii sau cu turbulenta redusa, la frecvente scazute si intensitati ridicate ale oscilatiilor.S-a stabilit ca, la lichide, aparitia cavitatiei reprezinta o cauza principala de intensificare a schimbului de caldura.

Conform datelor experimentale de care se dispune, procesele de convectie cu schimbarea starii de agregaresunt, in mai mica masura, afectate de existenta vibratiilor.

c)Campuri electrostatice.Metoda electrohidrodinamica (EHD) foloseste campuri electrice pentru ameliorarea schimbului de caldura la fluide dielectrice, acestea din urma, in mod practic, trebuie sa permita obtinerea unor curenti mici la tensiuni mari, la care efectele magnetice se pot neglija, iar consumul de putere este foarte redus.Campurile electrostatice pot produce o intensificare a miscarii de amestec in apropierea suprafetei de schimb de caldura.

Experientele cu gaze au indicat imbunatatiri care au variat de la 50% pentru aer, oxigen si alte gaze, pana la de peste 40 ori pentru bioxid de sulf, cand intensitatea maxima a campului electric a fost de 100[KV/cm].

Multe din cercetarile recente utilizeaza procedeul EHD in sisteme cu schimbare de faza, inclusiv pentru reactoare nucleare cu fierb ere. intre altele,s-au obtinut reduceri ale fluxului termic critic 15-40% pentru tensiuni de pana la 3000[F] .S-a concluzionat ca metoda EHD este capabila sa realizeze debite de abur mai mari decat sistemul conventional la aceeasi putere de pompare. d)Aditivi,0 serie de experiente au folosit aditivi(gaze, agenti tensio-activi, alcooli) in lichide, in procesele de fierbere pentru intensificarea schimbului de caldura.Desi s-au obtinut unele rezultate pozitive in cresterea coeficientului de convectie si a fluxului termic critic, se considera ca acest procedeu este nerecomandat pentru sistemele practice.S-au observat dificultati in mentinerea unei anumite concentratii a aditivilor, mai ales cand acestia sunt volatili; in multe cazuri aditivii sunt corozivi si reclama materiale speciale pentru conducte si garnituri.

Mai promitatoare pentru aplicatiile practice pare a fi utilizarea de suspensii solide(cu dimensiuni de la microni la milimetrii) in gaze.Particulele solide maresc sensibil caldura specifica a amestecului de gaz-solid, entalpia de transport in apropierea peretelui si schimbul de caldura prin radiatie la temperaturi ridicate.Unele firme au efectuat experiente intensive in vederea aplicarii rezultatelor la turbinele cu gaze si la reactoarele nucleare racite cu gaze.Coeficientii de convectie au fost mariti pana la de 10 ori prin utilizarea grafitului ca aditivi.Suspensiile solide s-au dovedit cu mult mai eficiente decat utilizarea benzilor spirale, la comparatia acestora pe baza puterii de pompare.Depunerile si coroziunea in partea calda a sistemului au fost reduse.

Dezavantajul principal al amestecurilor gaz-solid il constituie depunerile mari care apar in partea rece(de racire) a circuitului si care se reduc numai la viteze mari ale gazelor.ln general, comparatia agentilor termici gaz pur si gaz-solid este in favoarea primului atat la viteze scazute, cat si ridicate.imbunatatirea obtinuta la sursa calda este depasita de inrautatirea schimbului de caldura prin depuneri la sursa rece a sistemului

4 Concluzii

Elementele prezentate mai sus au discutat doar principalele aspecte ale preocuparilor actuale legate de intensificarea schimbului de caldura.in timp ce unele procedee sunt insuficient studiate, altele au depasit in mod clar faza experimentala de laborator si au trecut in faza de aplicatii industriale(in special, utilizarea rugozitatii artificiale si a anumitor promotori de turbulenta).Acest lucru este subliniat si de interesul deosebit manifestat de o serie de firme constructoare de echipamente schimbatoare de caldura pentru utilizarea in practica a unor metode de acest gen, dat fiind tendinta generala de compactizare a aparatelor de transfer al caldurii si de ridicarea performantelor tehnice si economice ale acestora.

Un domeniu insuficient cercetat il constituie combinarea diferitelor procedee de intensificare a schimbului de cal dura. Astfel, este cazul folosirii simultane a rugozitatii artificiale exterioare cu promotori interni de turbulenta sau al combinarii nervurilor spirale cu suspensiile gaz-solid.