» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Октябрь, 2021 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №10 (55) 2021

Автор: Сугиров Джиенбек Умирзаевич, д.т.н. профессор кафедры
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Разработка критериальных уравнений теплопередачи и аэродинамических сопротивлений в пучке труб

Статья просмотрена: 164 раз
Дата публикации: 07.10.2021

УДК.536.67:66.02

РАЗРАБОТКА КРИТЕРИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ И АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ В ПУЧКЕ ТРУБ

Сугиров Джиенбек Умирзаевич

доктор технических наук, профессор

Каспийскийуниверситет технологий и инжиниринга имени Ш.Есенова,

г. Актау

 

Аннотация. В статье приводятся результаты экспериментальных исследований теплопередачи и аэродинамических сопротивлений трубных пучков, которые позволяют решить проблемы поиска обобщающих зависимостей для расчета их значений, при установке различных интенсификаторов теплообмена в газоходах установок, используя разные скорости теплоносителя. Получены экспериментальные результаты, с учетом многочисленных факторов и параметров пучков.Наилучшая поверхность по энергетическому коэффициенту получилась для канала с турбулизатором каплеобразного профиля, который характеризовался наименьшим коэффициентом лобового сопротивления.

Ключевые слова: конвективная теплопередача, аэродинамические сопротивления, турбулизаторы, число Рейнольса

               Изучениеаэродинамическихсопротивленийитеплообменавтрубныхпучкахпозволяетрешитьпроблемыпоискаобобщающихзависимостейдлярасчетатеплообменаиаэродинамическихсопротивлений.

Впервые единые формулы для расчета теплопередачи и сопротивления пучков труб предложили  В. М. Антуфьев и Г. С. Белецкий  [1-5].

В обобщениях  этих исследований диаметр трубы теплообменника в пучкепринимался для характерного размера, а для расчетной скорости – скорости в наименьшем поперечном сечении прохода.

 С развитием теории подобия полученные экспериментальные результаты, с учетом многочисленных факторов и параметров пучков были обобщены уравнениями критериев типа:

 

Nu = ¦( Re; s; s; z; Pr; );       (1)

Eu = ¦( Re;  s; s; z);            (2)

 

То есть считалось, что среднее тепловыделение трубки в пучке зависит от скорости потока и  тепловой нагрузки [6-7].

Объект исследования: исследована тепловая модель плоского канала, длиной L= 420 мм и высотой 2S = 30 мм.

Предмет исследования: На электрически нагреваемые горизонтальные стены укреплялись турбулизаторы, имеющие профиль прямоугольника, треугольника и каплеобразного профиля.

Цельпределение значений теплообмена и аэродинамических сопротивлений в зависимости от конфигурации турбулизатора.

Для определения  эффекта теплопередачи от вида конфигурации турбулизатора  на тепловую эффективность нагревательной поверхности, была исследована тепловая модель плоского канала, длиной L= 420 мм и высотой 2S = 30 мм(рис.1).

На электрически нагреваемыегоризонтальные стены укреплялись турбулизаторы, имеющие профиль прямоугольника, треугольника и каплеобразного профиля. В этом случае геометрические критерии сравниваемых турбулизаторов были постоянными, равными h/t = 0,054  и h/s = 0,29.

Таким образом, определяющим значением при сравнении экспериментальных данныхвилась конфигурация турбулизатора.

Изменения теплообмена определяли методом измерения постоянного теплового потока на стенках канала (3).

a(x) = Q/Dt·( xj×F      (3)

Среднее значение Nuбыло получено путем интеграции локальных значений коэффициентов теплообмена. В критериях сходства длина канала выбирался как определитель размера и определитель температуры - среднее арифметическое суммы средних значений температуры стенки и температуры потока по длине канала.

Эффект турбулентности от конфигурации мало влиял на интенсивность теплообмена в канале. Все опытные точки сгруппированы вблизи кривой Nu = f(Re). В уравнении экспоненты числа Рейнольдса он равен 0,8, а коэффициент пропорциональности равен 0,05. Также для гидравлического сопротивления в канале эффект от конфигурации был очень заметен, и каждая конфигурация соответствовала значению сопротивления, определяемое следующей зависимостью (4):

Eu = f (Re; Слоб)               (4)

           

Рисунок 1- Виды искусственной интенсификации конвективного теплообмена в каналах

Здесь Слоб=  f (Re) представляет собой комбинацию  турбулизатора. Размер  Слоб оказался равным для профилей в форме прямоугольника, треугольника, полукруга и капли соответственно 0,9; 1,5; 0,99; и 0,2.

Все результаты экспериментов при обобщении выразились следующим уравнением (5):

E = 11,9CN(5)

Где: Е – энергетический коэффициент; 

N-затраты на пропускную способность воздуха в канале, втас.

Эффективность нагревательной поверхности уменьшилась, как и сопротивление в канале, с увеличением трения.

При этом, наилучшая поверхность по энергетическому коэффициенту получилась для канала с турбулизатором каплеобразного профиля, который характеризовался наименьшим коэффициентом лобового сопротивления из всех исследованных конфигураций интенсификаторов.

На основании изложенного материала, можно прийти к следующим результатам:

1.               Среднее тепловыделение трубки в пучке зависит от скорости потока и тепловой нагрузки.

2.               Эффект от конфигурации турбулизаторов мало влиял на интенсивность теплообмена в канале.

3.               Наилучшая поверхность по энергетическому коэффициенту была для канала с турбулизатором каплеобразного профиля, характеризующийся наименьшим коэффициентом лобового сопротивления.



Список литературы:

  1. Антуфьев В.М., Козаченко Л.С. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление конвективных поверхностей нагрева – ОНТИ, М., 1938, -102с.
  2. Антуфьев В.М., Белецкий Г.С. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление трубчатых поверхностей в поперечном потоке.-М.: Машгиз, 1948.-с. 120-124
  3. Михайлов Г.А. Исследование локального теплообмена в пучках труб //Советское котлотурбостроение, 1939, №12, с.16-19.
  4. Шилохвостов А.В.-В кн. Конвективный теплообмен в элементах парогенераторов и теплообменников-тр.ЦКТИ, 1968, вып.89, с.95-101.
  5. Гренх Х.Г., Шольц Ф. – В кн. Тепломассообмен-Y, т.1, ч.2, Минск, Изд. АН БССР, 1976, с.37-42.
  6. Фомина В.Н. Исследование теплообмена и аэродинамики шахматных пучков труб с широкими и тесными шагами и уточнение их расчета. Кандидатская диссертация, 1976, ВТИ.
  7. Андреевский А.А., Боришанский В.М., Жилкина В.Б. Исследование теплоотдачи шахматных пучков труб в поперечном потоке воды – В кн. Конвективная теплоотдача в двухфазном и однофазном потоке- М., Энергия, 1964, с.65-68.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: