Heat Transfer Evaluation on Falling Film Tube Bundle

Skrápěné trubkové svazky, po kterých stéká tenký kapalný film, jsou využívány v různých technologických procesech, u kterých je potřeba rychle a efektivně oddělit parní fázi od kapalné. Proces probíhá převážně při nízkých teplotách při adekvátním snížení tlaku kolem trubkového svazku. Takovou technologií je například výparník u absorpčních jednotek nebo výparník pro odsolování mořské vody. Za ideálních podmínek dochází k varu vody na celé ploše výměníku, ale u praktických realizací je nutné uvažovat s tím, že v místech, kde dochází k úvodnímu kontaktu vody se stěnou výměníku, nebude docházet k varu na povrchu trubek, ale pouze k ohřevu skrápěné kapaliny. Touto problematikou se zabývá předložená dizertační práce. Hlavním cílem práce bylo stanovit součinitel přestupu tepla na povrchu skrápěných trubkových svazků různých geometrií při atmosférickém tlaku i podtlaku. Za tímto účelem byly provedeny experimenty na trubkových svazcích, které se skládaly z měděných trubek o průměru 12,0 mm horizontálně umístěných pod sebou a které byly vytápěny vodou. Byly testovány tři druhy povrchů trubek (hladké, pískované a rádlované) při čtyřech různých roztečích (15,0 až 30,0 mm po 5,0 mm). Zároveň byly jednotlivé geometrie svazku složeny ze 4, 6, 8, nebo 10 trubek se shodnou povrchovou úpravou. Na základě provedených experimentů byl zpřesněn matematický model přenosu tepla, který se skládá převážně z podobnostních kritérií. V průběhu prováděných experimentů bylo snímáno teplotní pole na povrchu skrápěného trubkového svazku termovizní kamerou a dle vytvořené metodiky byl hodnocen vlivy geometrie a úpravy povrchu svazku na režim proudění a ve výsledku i na přestup tepla.Sprinkled tube bundles with a thin liquid film flowing over them are used in various technology processes where it is necessary to separate the vapour and liquid phases quickly and efficiently. The process occurs predominantly at low temperatures with a corresponding decrease of pressure around the tube bundle. Such a technology is represented for instance by an evaporator at absorption units or an evaporator for sea water desalination. In ideal conditions water boils at the whole surface of an exchanger, but in practice it must be considered that in original spots of contact between water and the exchanger wall the water will not boil at the tubes' surface but the cooling liquid will merely be heated-up. The presented dissertation thesis focuses on this issue. The objective of the thesis was to determine the heat transfer coefficient at the surface of sprinkled tube bundles of various geometries at atmospheric pressure as well as low pressure. For this purpose experiments have been carried out at tube bundles consisting of copper tubes of 12,0 mm diameter placed horizontally one above another that were heated by water. Three types of tubes (smooth, sandblasted and grooved) of four various pitches (15,0 to 30,0 mm by 5,0 mm increments) have been tested. Simultaneously individual bundles' geometries consisted of 4, 6, 8 and 10 tubes with identical surface finish. Based on the conducted experiments the mathematical model of heat transfer that involves mainly analogy criteria has been made more accurate. A temperature field at the sprinkled tube bundle surface has been scanned by a thermographic camera during the performed experiments. Influence of geometry and tube surface finish on flow mode and consequently also on heat transfer has been assessed in accordance with the compiled methodology.