площадь поверхности оребренной трубы формула

Видео:Как высчитать обьем воды в трубе ( Формула )Скачать

Оребрение труб теплообменников

Сегодняшний материал расскажет о том какое бывает оребрение труб и как оно делается, а так же для чего используется. Теоретическая статья для тех кто интересуется, а так же для тех кто собрался сделать какой-либо теплообменник или теплообменную систему.

Начнем с того, а для чего нужно оребрять трубы? Во всех кожухотрубных и секционных теплообменных аппаратах в качестве основного теплообменного элемента используется труба. Трубки находятся внутри кожуха или корпуса и внутри их движется охлаждающая среда, снаружи соответственно горячая, если это охладитель. Хорошо можно посмотреть на примере водяного воздухоохладителя движение всех сред.

Т.е. получается, чем лучше организован теплообмен между средами, теплой и холодной, между той, которая находится внутри трубки и снаружи, тем лучше теплообменник, тем больше его КПД, и соответственно он эффективней. Интенсивность теплообмена, т.е. какое количество теплоты «поглощается» или отдается в единицу времени зависит от площади теплообменной поверхности. Соответственно, чем она больше, тем больше теплоты принимается. Вот для этого трубка и оребряется. Для того, чтобы многократно увеличить площадь поверхности теплообмена.

Чаще всего в теплообменниках используется трубка 16 или 19 мм, и 25 мм. Давайте возьмем 19 миллиметровую трубку, это наружный диаметр. Площадь 1 погонного метра трубы вычислим по формуле и она составит: S=3.14х19/1000=0.05966 квадратных метров. А если сделать оребрение трубки поверхность 1 погонного метра трубы составит 0.7 метров квадратных. Т.е. в 11.7 почти в 12! раз больше.

Посмотрите, как она выглядит оребренная труба с биметаллическим оребрением.

Оребренная труба с видом оребрения гбм.

Данная модификация выпускается в модернизированном варианте с волновым эффектом дающим увеличение площади теплообмена до 5%.

Если делать теплообменник на гладкой трубе трубок придется установить в 12 раз больше, а это значит станет больше цена, увеличатся габариты устройства, расходы охлаждающей среды, раз больше трубок, значит нужно больше воды по ним пропустить, а это опять увеличение расходов. К тому же если среда воздух, то гладкая трубка очень плохо «снимает теплоту», это то же самое если бы у вам дома были не батареи отопления, а простые гладкие трубы.

Еще хороший пример это охлаждение центральных процессоров компьютеров нагревающихся при работе. Чтоб «снимать» теплоту на них устанавливают кулеры воздушного охлаждения. Это тот же самый теплообменник с оребрением труб. И чем больше его масса и диаметр его труб, тем эффективней кулер и охлаждение, и тем дороже он. Мастера разгона и энтузиасты гоняются за такими экземплярами и платят большие деньги лиж бы достичь желаемого результата, увеличить по максимуму частоту проца, а это возможно лишь при использовании более эффектной системы охлаждения. И сравнимо с теплообменниками, чем он эффективней охлаждает, тем лучше работает основная установка: двигатель, турбина, трансформатор или лучше нагревается сетевая вода или воздух в помещении.

Я кстати для своих компов использую более эффективные и дорогие кулера, как на фото ниже.

По сравнению с штатными увеличивают теплообмен до 3 раз, что положительно сказывается на стабильности всей системы. При не нагруженных режимах работы не требуются даже вентиляторы так как сам радиатор вполне справляется с охлаждением процессора. Это я маленько рассказал об интересном.

Кстати многие импортные воздухоохладители делают на этой основе, набор медных пластин прошивают трубками, на фото ниже.

Но мы так не делаем. Если пластины засорятся теплообмен значительно снизится, а чистить теплообменник такой это большая проблема. Мы изготавливаем воздухоохладители во на основе круглых теплообменных трубок. И эффект большой и почистить можно.

Видео:Парадокс сужающейся трубыСкачать

Накатное оребрение труб

До этого мы рассмотрели так называемое накатное оребрение труб. Берется несущая трубка, на нее надевается алюминиевая труба большого диаметра и ребра накатываются в специальном прокатном стане. Таким образом получаются оребренные биметаллические трубы типа квсп или гбм. Используются для изготовления промышленных воздухоохладителей и различных калориферов водяных кск, секции аво и т.п.

Используемые материалы для оребрения

— несущая: труба латунная тонкостенная л63, л68, л96, мнж 5 1, трубы из нержавеющей стали 12х18н10т, а так же ст20.

— оребрение: труба алюминиевая ад1.

Более качественно вам расскажет статья: подбор материалов для оребренных труб.

Видео:Л8 - Поверхности теплообмена.Скачать

Спиральное оребрение трубок

Получается навивкой ленты на несущую трубу. Подразделяется на два вида. Это труба спирально навивная klm и труба твч. Первые получаются навивкой алюминиевой ленты ад1 на несущую трубку стальную бесшовную из стали20, возможны и другие марки стали, а вот вторые отличаются тем, что лента кроме того, что навивается, еще и приваривается токами высокой частоты к несущей трубке, во время разогрева происходит расплав в зоне контакта и приварка.

Для спирального оребрения труб твч используется только стальная лента, но из разных марок, включая нержавейку.

Трубки klm получили распространение в кожухотрубчатых теплообменниках и аппаратах воздушного охлаждения аво. А трубы твч в системах где повышенная температура, например в котлах, где другие трубки попросту расплавятся или не будут выполнять возложенные функции. Еще одно их применение это воздушные тэны с оребрением. Дешево и эффективно. Можно нарезать любой длины трубки, сделать резьбу по концам и соединять при помощи муфт, тем самым построить систему отопления хоть производственного, хоть сельскохозяйственного помещения. Кстати у нас их заказывали для отопления свинарников. Об этом есть видео на You Tube — хрюшки в тепле .

Видео:Основы конвективного теплообменаСкачать

Продольное оребрение труб и другие редкие виды

Маленько расскажу о редких видах. Есть так называемое продольное оребрение для сепараторов пароперегревателей и шипами. Используются редко в специализированных теплообменниках.

Видео:Физические основы интенсификации теплообмена в аппаратахСкачать

Коэффициент оребрения и его практический смысл

Часто звучит или пишут в таблицах, что есть так называемый коэффициент оребрения, а что это никто не пишет. Попробуем разобраться. Т.е. из самого определения становится понятно, что это величина показывающая насколько трубка оребрена. Научное определение звучит так: «Коэффициент оребрения труб это отношение поверхности всех ребер и участков между ребрами к поверхности неоребренных участков». Т.е. складываем площадь всех ребер и площадь участков между ребрами и делим на площадь участков которые неоребрены.

Это применимо к спиральному оребрению, так как между ребрами ленты остаются просветы, а вот странно когда пишут коэффициент у накатного оребрения где вся поверхность оребрена и нет свободных гладких участков. Я бы применил в этом случае следующую величину это степень оребрения. Это отношение всей наружной оребренной поверхности к внутренней поверхности трубок. Его можно применить ко всем видам оребрения и чем он больше, тем лучше конечно. Но опять же нужно смотреть для чего применяется труба с оребрением.

Рассмотрим трубки с оребрением выполненные накаткой и спиральные при прочих равных параметрах диаметре несущей трубки, диаметре оребрения и шаге между ребрами. Если взять воздухоохладитель воп или вуп, то чем больше они теплоты отведут от электромашины, тем они лучше и эффективней. Поэтому, чем больше степень оребрения трубок, тем лучше соответственно, для этого площадь оребрения специально увеличиваем и наносим насечки получая оребрение квсп накатной трубки. Но здесь охладитель работает в герметичных условиях и нет засоренности проходящего воздуха. А если взять маслоохладитель дц работающий на открытом воздухе, то ребра остаются гладкими типа гбм и насечки не делаются, иначе все засорится и он не будет охлаждать масло и чистить его будет очень трудно, т.е. здесь теряет смысл увеличение коэффициента оребрения или степени.

А если возьмем тэн с оребрением в котором, чем больше шаг между ребрами тем он эффективней при условиях естественной конвекции, то и здесь имеем лучше если коэффициент меньше, он лучше если его увеличить сделав больше диаметр оребрения, но мы рассматривали равные условия для труб выполненных разными видами изготовления ребристой поверхности.

Вывод такой, что оребрение теплообменников выполняется после того, как сделаны все расчеты теплообменного аппарата и взяты во внимание все аспекты и условия его установки и работы, помещение, улица, климат, вода, воздух, масло и т.д. И главным условием ставится эффективность теплообменника и гарантированный срок эксплуатации.

Видео:Как рассчитать диаметр трубопроводаСкачать

Станки и оборудование для оребрения труб

А сейчас я покажу вам, как мы делаем оребряем и какое оборудование для оребрения труб используем. Начнем с накатного в первую очередь. Что его получить мы используем специальный прокатный стан с головкой в которой расположены накатные элементы, это сложный инструмент формирующий форму ребер. На таком стане можно оребрять трубки диаметром от 16 до 58 мм простых марок сталей, а так свободно обрабатывается труба стальная 12х18н10т.

Для получения спиральных klm форм используется станок для оребрения труб с настроенным инструментом формирующим L полочку и вальцующий ленту в несущую трубку. Это более простая конструкция, чем рассмотренная выше.

Оребрение методом твч делается на установке. К трубке и ленты подводится ток разогревающий их до состояния расплава в зоне контакта при этом трубка движется вперед, а лента перпендикулярно подводится и накручивается, по мере прохода она остывает и приваривается. Самое прочное, но не такое эффективное, но опять же все зависит от того, для чего она будет применяться.

Отдельно хочу рассказать о медной оребренной трубке производимой абсолютно цельной. Нет никаких контактов оребрения и трубы, вальцевания, сварки, накатки. Берется медная труба и формируются ребра специальными резцами. Это самая эффективная трубка! Но и самая дорогая. У нас ее заказывают либо на ответственные теплообменники, либо на компактные, так как у не самая большая теплопроводность и эффективность. Бывает, что и на отопление в тсж используют, берут воду или пар из котла и пропускают по трубкам, выходит очень тепло. А соединить можно любыми муфтами и как угодно.

Видео:гидравлический расчет трубопроводовСкачать

Итоги и выводы

Надеюсь материал помог вам разобраться какое бывает оребрение, для чего применяется и как получается. Самое основное это то, что при выборе вида должны быть проведены все тепловые расчеты с учетом факторов установки теплообменника, а не только мотивировать коэффициентами, видом накатки или спирали.

Если вы знаете какая труба вам нужна смело звоните к нам и заказывайте производство оребренной трубы, а если нет, то наши специалисты ответят на все ваши вопросы и подскажут, что лучше применить. В любом случае можно воспользоваться контактами ниже или формой обратно связи, куда кстати можно прикрепить чертеж, эскиз или фото с заявкой.

Теплообменники нашего производства

Добра и прекрасного настроения, всех благ и заказывайте теплообменники и емкости на Уральском заводе МеталлЭкспортПром!

Видео:Основные сведения о конструкциях теплообменниковСкачать

Оребренные трубы: для чего и как

Трубы с металлическими ребрами были изобретены с целью увеличения площади наружной поверхности. Такая конструкция позволяет повысить теплопередачу в 1,5 раза. Эти изделия применяются в областях, где необходим быстрый теплообмен между жидкостью в трубе и окружающей средой. Эффективность зависит от правильности выбора конструкции и сырья применительно к конкретным условиям.

Видео:Video 11 П2 Гидравлический расчет трубопроводаСкачать

Конструкция

Независимо от материала, изделия этого вида по устройству одинаковы. Отличаются они только деталями – формой лепестков и коэффициентом оребрения. «Сооружение» собирается из двух составляющих:

1. Основа – это труба, изготовленная из материала с антикоррозийными свойствами. Ее задача – выдерживать давление и перепад температур. Используют стальные, чугунные и трубы из цветных металлов. В зависимости от решаемых задач по ним протекает хладо- или теплоноситель.
2. Ребра, закрепляемые на основе. Так как нагрев осуществляется по всей поверхности лепестков, его эффективность остается на одном уровне независимо от температуры носителя.

Коэффициент оребрения – это величина, получаемая от деления площади выступов и участков между ними на неоребренную поверхность. Чем он больше, тем выше эффективность.

Трубы из чугуна отливаются сразу с ребрами. Для изготовления изделий из других материалов применяют:

• высокочастотную приварку элементов;
• обжим шайб;
• поперечно-винтовую накатку;
• электродуговую и контактную сварку;
• навивку с натяжением металлической ленты на основу.

Некоторые производители для повышения эффективности теплопередачи делают ребра с прорезями. Трубы, изготовленные методом накатки алюминия, могут применяться при температуре до 350 ⁰C. Конструкции, сделанные по технологии навивки стальной ленты, способны выдержать более суровые условия.

Видео:Расчет кожухотрубного теплообменникаСкачать

Преимущества использования термостойких труб с оребрением

Для создания термостойкого слоя поверхности покрываются окисью магния. После отжига они получают:

• увеличение коэффициента теплопередачи;
• высокую сопротивляемость к коррозии;
• длительный срок службы;
• повышенную стойкость к перепаду температур;
• отсутствие необходимости в специальном уходе, они могут работать в любых условиях;
• возможность применения в агрессивных средах.

Благодаря приобретенным достоинствам оребренные термостойкие виды имеют следующие преимущества:

1. Высокая технологичность производства. Используемая контактная сварка потребляет мало энергии, для нее не нужны специальные расходные материалы и дорогостоящее оборудование.
2. В промежутках между ребрами возникают турбулентные завихрения воздуха, что увеличивает интенсивность теплообмена на всех участках.
3. За счет применения контактной сварки создается соединение между лепестками и основой с низким температурным сопротивлением.
4. Уменьшение толщины пленки конденсата. Это связано с применением термостойкого покрытия. В результате происходит снижение уровня конденсации паров носителя.

Видео:06 Расчет пропускной способности трубопровода в программе ГидросистемаСкачать

Разновидности труб и технические характеристики

Выпускается два типа оребренных изделий: монометаллические и биметаллические. Первые изготавливаются из одного материала, вторые – из разных сплавов. Характеристики нормируются ГОСТом:

• толщина стенок – 2-12 мм;
• наружный диаметр – 20-219 мм;
• высота ребер – 8-28 мм;
• шаг витков – 3,6-25 мм;
• толщина выступов – 0,8-2,5 мм;
• длина – 1,5-24 м.

Чугунные

Изделия из этого материала давно применяются для отопления больших производственных помещений, в экономайзерах котельных. В быту из-за большого веса они используются реже. В индивидуальных системах отопления нередко устанавливается стартовая чугунная труба, чтобы быстро прогревать помещение. К достоинствам относятся:

• высокая стойкость к коррозии;
• простота монтажа;
• хорошая теплопередача;
• компактность;
• использование в паровых отопительных системах с температурой до 150 ⁰C;
• давление до 24 атм;
• маленькая стоимость.

Недостатки тоже имеются:

• скапливание трудноудаляемой пыли в межреберном пространстве;
• большой вес;
• низкая механическая прочность.

Алюминиевые

Благодаря высокой стойкости к химически активным веществам эти трубы широко применяются в промышленности. Из достоинств следует отметить:

1. Неподверженность коррозии изделий, изготовленных из материала с содержанием алюминия выше 95 %. Трубы из сплавов с большим количеством добавок ржавеют, поэтому их необходимо защищать от воздействия влаги.
2. Малый вес – не создает проблем при перевозке и монтаже.
3. Возможность применения в агрессивных средах.
4. Низкая шероховатость внутренних стенок по сравнению со стальными и чугунными аналогами – обеспечивает хорошую пропускную способность.
5. Легкость механической обработки.

Алюминий высокой чистоты обладает канцерогенными свойствами, поэтому трубы из него нельзя использовать для бытовых нужд. При выборе следует учитывать, что изделия, не прошедшие обработку отжигом, закаливанием или нагартовкой, легко деформируются на холоде.

Нержавеющие

Эти трубы считаются лучшими для монтажа радиаторных отопительных систем любого типа. Они обладают следующими преимуществами:

• малым коэффициентом теплового расширения, поэтому даже длинную трубу не покоробит при сильном нагреве;
• высокой прочностью;
• долговечностью;
• хорошей сопротивляемостью к коррозии и химически активным веществам;
• жаростойкостью, что позволяет использовать нержавеющие трубы даже в высокотемпературных печах;
• сильной теплопроводностью.

Недостатков, кроме большой стоимости, не обнаружено.

Медные

Изделия из этого металла широко применяются в промышленности и быту. Их эксплуатационные преимущества обусловлены уникальными свойствами меди:

1. Выдерживание нагрева до нескольких сотен градусов. При температуре 600 ⁰C они отжигаются с незначительной потерей прочности, но становятся более пластичными. Точка плавления меди – 1000 ⁰C, что позволяет делать теплообменники, устанавливаемые в топках котлов.
2. Рабочее давление – до 30 атм.
3. Высокая стойкость к химически активным веществам и коррозии.
4. Небольшой коэффициент теплового расширения.
5. Малая шероховатость – обеспечивает низкое гидравлическое сопротивление. Поэтому при равенстве условий эксплуатации допускается использование труб меньшего диаметра по сравнению со стальными аналогами. На гладких стенках не образуются отложения.
6. Благодаря специфике соединения медных труб на стыках проходное сечение не уменьшается.
7. Медь – экологически чистый материал с антимикробными свойствами.
8. Длительный срок службы (более 50 лет).

Из недостатков можно отметить самую высокую стоимость по сравнению с трубами из других материалов и сложность монтажа.

Биметаллические

Сочетание разнородных сплавов позволяет получать изделия с уникальными свойствами. Например, стальная труба, оребренная алюминием, обладает высокой прочностью и отличной теплоотдачей, что позволяет расширить сферу применения. Поскольку их начали выпускать сравнительно недавно, изучение свойств различных комбинаций до сих пор продолжается.

При изготовлении биметаллических изделий для теплообменников используются следующие сочетания материалов (труба + оребрение):

• сталь с алюминием;
• нержавейка с медью;
• латунь с алюминием;
• нержавейка с алюминием.

Совмещение разных металлов позволяет получить следующие преимущества:

• отличную теплоотдачу;
• большую механическую прочность;
• длительный срок службы;
• низкую стоимость;
• возможность использования в системах с высоким давлением теплоносителя.

Видео:Как рассчитать сечение воздуховодаСкачать

Расчет коэффициента теплопередачи

Поскольку у металлов термическое сопротивление невелико, стенку трубы можно считать плоской. Тогда ее коэффициент теплопередачи от одной среды к другой находят по формулам:

• для плоской поверхности(рис. 5.10):

• для оребренной стенки:

В указанных формулах коэффициент теплопередачи (α_пр) и площадь выступов определяются:

где F_р – площадь одного ребра, а n – их количество.

Исходя из того, что следует принять

Предположим, что необходимо рассчитать плотность теплового потока (q, Вт/м2), передаваемого через стенку чугунной трубы с горячей водой (t = 70 ⁰C) окружающему воздуху (t = 20 ⁰С). Температуры внутренней и наружной ее плоскости – t1 и t2 соответственно.

Толщина изделия, коэффициент теплопроводности чугуна и степень черноты поверхности равны: δс = 3мм, λ = 63 Вт/м К, c = 0,9. Конвективный коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней плоскости α1 = 3500 Вт/м2 К, от наружной стенки трубы к воздуху α2 = 6,5 Вт/м2 К.

Для расчета возьмем t2 = 69 ⁰C. Тогда

Используя полученный результат, определяем температуру t2:

Расхождением между принятым и вычисленным показателем, равным 0,77 ⁰C, пренебрегают, так как на точность расчета это существенно не влияет. Определяем значение t1:

Результат: q = 652 Вт/м², t1 = 69,8 °С, t2 = 69,77 °С.

Видео:Современные теплообменные аппаратыСкачать

О сфере применения

Везде, где требуется нагреть или охладить какую-либо среду за счет теплообмена, используются оребренные трубы. В кондиционерах с их помощью охлаждается воздух. На химических и нефтеперерабатывающих предприятиях оребренные трубы применяются для нагрева и остужения агрессивных газов и жидкостей в различных установках. В машиностроении они используются при изготовлении компрессоров, холодильников, электросушилок, маслоохладителей, воздухонагревателей и других теплообменных устройств. За счет высокой эффективности оребренных труб снижается металлоемкость систем отопления производственных и жилых помещений.

Видео:Теплообменные процессы. Часть 2. Уровень: начальный.Скачать

Как сделать оребрение своими руками

При самостоятельном изготовлении следует учитывать, что эффективность таких труб ниже по сравнению с заводскими образцами. В домашних условиях оребрение можно сделать на небольшом участке или короткой заготовке. В зависимости от имеющегося оборудования используют:

• сварку;
• намотку проволоки;
• насечку + сварку;
• нарезку резьбы глубокого профиля с помощью токарного станка;
• насечку + натяг.

Видео:Расчет теплообменного аппаратаСкачать

Заключение

Благодаря небольшому весу и высокой эффективности оребренные трубы (кроме чугунных), объединенные в секции, все чаще применяются для отопления загородных домов. Их цена зависит от материала, толщины стенок, размера ребер. Стоимость изделий с термостойким покрытием больше, но они надежней. Лучшим вариантом по соотношению цена/эффективность будут биметаллические трубы.

Видео:КОТЕЛ + регистры, трубы, чугунина. Экономная система отопления.Скачать

Оребренные теплообменные трубы

Оребренные трубы широко используются в энергетике и промышленности для теплообменных устройств конвективного типа. Наиболее часто такие устройства выполняются в виде трубных пакетов, которые отличаются высокими прочностными характеристиками, технологичностью, удобством компоновки, монтажа и обслуживания.

На производство оребренных труб идет значительная доля металла, используемого в энергомашиностроении. Снизить его расход можно, применяя поперечное оребрение труб, которое позволяет максимально развить поверхность теплообмена в единице объема и значительно улучшить показатели компактности и удельной металлоемкости.

Видео:Расчет ДИАМЕТРОВ ТРУБ системы отопления ПО ДОПУСТИМОЙ СКОРОСТИСкачать

Геометрические параметры оребренных труб АВО

Широкое внедрение конвективных поверхностей c поперечным оребреннием труб (например различные конструкции АВО) в энергетику и промышленность стало возможным на основе методов оребрения труб c помощью технологий:

• Накатка – на несущую трубу надевается труба большего диаметра с заданной толщиной из алюминия, из которой в последствии выдавливаются ребра методом деформации с помощью роликов станка;
• Навивка – на несущую трубу навивается внатяг алюминиевая лента, которая может иметь несколько вариантов крепления: в канавку или без.

В то же время существуют проблемы точных и универсальных методов расчета их теплоаэродинамических характеристик, дальнейшего совершенствования таких поверхностей, интенсификации теплообмена в них. Решение этих проблем в определенной мере сдерживалось отсутствием достоверной физической картины процессов переноса в поперечно-оребренных поверхностях.

Видео:Л2 - Конвективный теплообмен.Скачать

Оребренные трубы методом навивки

Видео:Урок 2.2. Обтекание цилиндра потоком воздуха (ANSYS CFX)Скачать

Металлоемкость оребренных труб

Самая низкая металлоемкость у труб с оребрением при помощи навивки алюминиевой ленты. При данном методе получается наиболее тонкое ребро и отсутствует дополнительный слой металла поверх несущей трубы в отличие от накатки.

Видео:Как рассчитать диаметр коллектора водоснабжения!Скачать

Оребренные трубы специального назначения

Для интенсификации и повышения эффективности оребрения иногда используют прорези на ребрах. Ребра с насечками сложнее в изготовлении и требуют дополнительного оборудования. Для аппаратов воздушного охлаждения такие трубы не получили широкого применения.