» 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
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.
Цель:Определение 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 данных,явилась конфигурация турбулизатора.
Изменения теплообмена определяли
методом измерения постоянного теплового потока на стенках канала (3).
a(x) = Q/Dt·( x)·j×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, вт/м.час.
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:
- Антуфьев В.М., Козаченко Л.С. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление конвективных поверхностей нагрева – ОНТИ, М., 1938, -102с.
- Антуфьев В.М., Белецкий Г.С. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление трубчатых поверхностей в поперечном потоке.-М.: Машгиз, 1948.-с. 120-124
- Михайлов Г.А. Исследование локального теплообмена в пучках труб //Советское котлотурбостроение, 1939, №12, с.16-19.
- Шилохвостов А.В.-В кн. Конвективный теплообмен в элементах парогенераторов и теплообменников-тр.ЦКТИ, 1968, вып.89, с.95-101.
- Гренх Х.Г., Шольц Ф. – В кн. Тепломассообмен-Y, т.1, ч.2, Минск, Изд. АН БССР, 1976, с.37-42.
- Фомина В.Н. Исследование теплообмена и аэродинамики шахматных пучков труб с широкими и тесными шагами и уточнение их расчета. Кандидатская диссертация, 1976, ВТИ.
- 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: