Пластинчатые теплообменные поверхности при­меняются при конструировании рекуперативных теплообмен­
ных аппаратоп в ряде отраслей техники: авиастроении, авто - тракторостроеппи, химической промышленности п т. д.

Широкое внедрение пластинчатые поверхности получили тогда, когда потребовались аппараты особо повышенной ком­пактности, с высокой технологичностью изготовления при крупносерийном производстве, пригодностью к быстрой сборке и разборке в процессе эксплуатации и к быстрой замене эле­ментов теплообменных поверхностей.

Рис. 3.4. Ламельный теплообменник:

А—узел соединения пучка о - решеткой; и — поперечное сечение каналов

Рис, 3.5. Ламельный теплообменник в корпусе цилин; рической формы

/ — камера; 2—фланцеоое соединение; 3 — корпус аппарата;

4 — ьучок ламелей (плоских труб); 5 — межтрубное гтостранст* по; б — сальниковое уплотнение; 7 съемный фланец; 5, 9 — штуцера для ьгороЛ рабочей среды

Все пластинчатые поверхности рекуперативных теплооб­менных аппаратов можно разделить на три группы: ламель - ные теплообменные поверхности, пластинчато-ребристые, пла­стинчато-волнистые.

Ламельные поверхности представляют собой плоские труб­чатые каналы, полученные попарным свариванием тонких ли­стов с выштампованными полуканалами. Пучок плоских труб заканчивается сварными трубными решетками (рис. 3.4). Для полного заполнении круглого сечения цилиндрического кожуха ширина каждой плоской трубы должна соответствовать длине хорды, по которой устанавливается труба. Диаметр кожухов ламельных теплообменников 100—1000 мм, зазор между стен­ками внутри труб и в межтрубном пространстве 2—12 мм, длина плоских труб 2—6 м.

Большая площадь поверхности теплообмена на единицу дли­ны плоской трубы при малых эквивалентных диаметрах позво­ляет конструировать короткие (одноходовые) аппараты. Гидрав­лическое сопротивление таких аппаратов невелико, так как жид­кость движется преимущественно без поворотов (рис. 3.5). Для получения больших площадей поверхностей теплообмена

Гие. 3.6. Варианты пластннчато-ребрнстых поверхностей теплообмена: и — "ТД(..1Ы1аи секция ^лоибмииинка; /. 2 — перегородки: 3 — насадка: 4^ 5 — боковье пр ;ст4пкн; б — пластины с прерывистыми ребрами; н — стержечькоиые ребра

Амельные теплообменники можно компоновать в блоки. В каче­стве материала для изготовления плоских труб часто применяют нержавеющую сталь толщиной 1,5—2 мм. Наиболее эффективно использование ламельных аппартов в тех случаях, когда раз­борные аппараты не гарантируют фактическую эксплуатаци­онную надежность.

Тепловой расчет аппаратов с ламельными ‘поверхностями представляет трудностей, так как коэффициенты теплоот - • 1411 определяются как и в круглых трубах эквивалентного диаметра.

Пластинчато-ребристые поверхности теплообменных аппа­ратов разнотипны. На рис. 3.6 показаны детали элемента пластинчато-ребристого аппарата. Между двумя гладкими пластинами расположен гофрированный лист, пространство с двух сторон закрыто боковыми уплотнениями. Поставленные один на другой такие элементы образуют пакет теплообмен­ника. После сборки необходимого количества элементов в па­кет производится пайка гофров к гладкой пластине в местах касания. Таким образом получается оребренпая поверхность. Изготовляют также дополнительные теплообменные поверхно­сти (ребра): гладкие (непрерывные)—из гофрированной по­лосы, припаяны к обеим пластинам; волнистые (рифленые) — образуют волнистую линию вдоль всего движения теплоноси­теля;

Прерывистые — смещенные одна относительно другой; чешуйчатые (жалюзийные) — на ребрах формы как и на гладких изменяются прорези, края которых отогнуты в раз­ные стороны и создают как бы чешую на ребре;

Стерженьковые (шиновые) — из тонкой проволоки.

Для изготовления пластинчато-ребристых поверхностей из алюминия высоту гофра принимают равной 3—15 мм. Толщи­на алюминиевых листов 0,7—1,5 мм, толщина листа для гофра 0,1—0,4 мм. В таких аппаратах компактность теплообменной поверхности достигает 2500 м2/м3. Для каждого нового типа на­садки пластинчато-ребристого теплообменника необходимо исследовать тепловые и гидравлические характеристики.

Эффективность одной стороны теплообменной поверхности

(3.9)

Где /> — поверхность оребрения со стороны одного теплоноси­теля; — полная поверхность того же теплоносителя; а — коэффициент теплоотдачи со стороны данного теплоносителя; Ь — длина пакета; 6 — толщина ребер. Зная коэффициенты теплоотдачи СО стороны ХОЛОДНОГО теплоносителя О; и по сто­роне горячего аг, можно определить коэффициент теплопере­дачи. Для пластинчато-ребристых теплообменников он должен быть отнесен к какой-либо стороне:

(ЗЛО)

Здесь ^ст — поверхность гладких листов; Рх — полная поверхность со стороны холодного теплоносителя; />—полная поверхность со стороны горячего теплоносителя.

Пластинчато-волнистые поверхно­сти теплообмена представляют собой гофрированные пластины с разнооб­разными формами профиля рабочей поверхности. Рабочая среда движется между пластинами в каналах сложной формы тонким слоем (рис. 3.7).

Незначительная толщина пластин и параллельная расстановка с малыми промежутками между пластинами поз­воляют разместить рабочую поверх­ность теплообмена наиболее компакт­но. В рабочем положении пластины с резиновыми прокладками плотно при­жаты друг к другу.

Система уплотнительных прокладок разборного пластинчатого аппарата по­строена так, что после сборки в аппа­рате образуются две системы герме­тичных каналов, изолированных одна от другой. Одна система состоит из не­четных каналов между пластинами, другая — из четных. Поэтому потоки горячей и холодной жидкостей чере­дуются.

Конструкция пластпн определяет технические показатели теплообменного аппарата. От формы, габаритных размеров и конструктивных особенностей пластин зависят интенсивность теплоотдачи, надежность аппарата, технологичность изготов­ления, трудоемкость и эксплуатационные характеристики.

В рабочем положении пластина подвергается различному давлению рабочих сред с обеих сторон, что может вызвать ее прогиб, поэтому на каждой пластине имеются ряды дистан­ционных (опорных) выступов. После выхода из углового от­верстия жидкость движется вдоль пластины по извилистой щели, подвергаясь искусственной турбулизации, которая вызы­вается частыми поворотами потока.

Характеристики типовых гофрированных пластин и образу­емых ими каналов для производимых в СССР пластинчатых аппаратов приведены; в табл. 3.1.

Пластинчато-волнистые поверхности можно классифициро­вать по форме профиля рабочей поверхности следующим об­разом: узкоканальчатые; с турбулиэирующими вставками; лен - точно-поточиые; сетчато-поточные. Наибольшее развитие полу - чнлп последние две группы.

Благодаря искусственной турбулизации потока, характер­ной для сетчато-поточных пластин, внутри потока в слое тол­щиной 5 мм скорости струй изменяются в двух плоскостях. Достигается высокая степень турбулпзапнн и развшин погра­ничного слоя. Поэтому на поверхностях сетчато-поточных пла­стин получают наибольшие коэффициенты теплопередачи уже при скоростях потока 0,2—0,5 м/с.

В СССР наиболее распространены пластины с гофрами треугольной формы, расположенными под наклоном к продоль­ной осп симметрии пластины,

Пластины для блочных сварных теплообменников имеют пло­ские наружные кромки. Сечение мсжпластинчатого канала по­перек потока показывает, что движение лапомппает винтовое. В результате взаимного пересечения вершин гофр образуются многочисленные точки опоры между поверхностями.

В извилистых межпластинчатых каналах сложность гидро­механических и теплопых явлении в непрерывно дестабилизиру­ющемся потоке создает большие трудности для аналитическо­го решения задач теплопереноса и количества движения. Поэтому исследование тепловых и гидромеханических характе­ристик в пластинчатых аппаратах опирается на эксперимент для получения расчетных уравнении теплообмена и сопротив­ления.