CC BY
20
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СТЕНКИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ ТРУБ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ПРИ ТУРБУЛЕНТНОМ ТЕЧЕНИИ Н-ГЕПТАНА И СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЯХ Мамедов Ш.Г.1, Ширинова А.Я.2, Абдуллаева Г.К.3
'Мамедов Шикар Гаджи оглы — доцент, кандидат технических наук; 2Ширинова Айнур Яшар кызы - кандидат технических наук, заведующая лабораторией, кафедра электротехники и энергетики, Сумгаитский государственный университет, г. Сумгаит;
3АбдуллаеваГульшан Камал кызы - кандидат технических наук, доцент, кафедра теплотехники, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: известно, что на практике процессы теплообмена протекают в трубах при различных их положениях. В связи с этим представляет интерес исследование закономерностей теплообмена при течении жидкости в горизонтальных и наклонных трубах. На основании экспериментальных исследований теплоотдачи н-гептана при различных положениях трубы и турбулентном режиме течения уже доказано существование улучшенного теплообмена в области р > ркри ( > ( [',3, с.45,38]. Для того чтобы выявить влияние направления
течения жидкости и положения трубы необходимо сопоставить данные, полученные при одинаковых условиях.
Ключевые слова: теплообмен, тепловой поток, плотность, псевдокритическая температура, теплоотдача.
На основе анализа опытных данных при подъемном и опускном движениях н-гептана в вертикальной трубе установили, что характер изменения графика зависимости = £ (д)
сложный и независимо от направления течения жидкости наблюдается первый и второй улучшенные режимы теплоотдачи соответственно в условиях « ( и (с >> .
Рассмотрим характер изменения температуры стенки в зависимости от плотности теплового потока при течении н-гептана в горизонтальной трубе.
СС
Г А г
Б • у*
12 3 д,МБ1/1п1
Рис. 1. Зависимость (с = для н-гептана при Р=3,5 МПа, рсо = 2100 кг/м 2с, ("Х = 12° С
На рис.1. представлена указанная зависимость для турбулентного течения н-гептана в горизонтальной трубе при Р = Ъ.ЪЫРа, = 12° С и рсо = 2100 кг/м2с. Она построена по
х
показаниям термопар, расположенных на расстоянии _« 60 от входа в трубу [2, с.68]. Из
й
рисунка следует, что характер изменения температуры стенки от плотности теплового потока сложный, как и при вертикальном положении трубы в области tс ~ ^ и tс >> 1гп наблюдается резкая интенсификация теплообмена.
Графика зависимости tc = У(() при Р = 3.5 и 5.0 МПа, построенные по показаниям
х
термопар, расположенных на расстоянии — = 60 от входа в трубу, показывают что общий
а
характер изменения кривых одинаков и сложен (рис.2).
Рис. 2. Зависимость 1с = У (() при движении н-гептана в горизонтальной трубе
Влияние давления жидкости на теплообмен, и следовательно расслоение экспериментальных кривых и начальный момент наступления улучшенного режима теплоотдачи наблюдается при достижении температурой внутренней поверхности стенки псевдокритической температуры исследуемой жидкости. На участке БВ графика с увеличением плотности теплового потока от ~1.30 до 2.30МВт/м2 температура стенки практически остается
постоянной и равной псевдокритической температуре. С переходом 1с через t т исследуемой
жидкости увеличение плотности теплового потока приводит к повышению температуры стенки, в результате чего образуется участок ВГ. При высоких температурах стенки
(с > 4300 С) незначительное увеличение плотности теплового потока приводит к падению
температуры стенки от значения соответствующего точке Г, до значения в точке Д, а затем постепенному росту её.
Момент падения температуры стенки при различных давлениях соответствует значению
плотности теплового потока ( = 3.50МВт/м2. Отметим, что интервал расстояния кривых по
оси ординат на участке БВГ графиков зависимости 1с = У(() при различных давлениях в горизонтальных трубах может определяться как разность псевдокритических температур, т.е. л + \5,0МПа (. Х3,5МПа
Л1 = (1ш )БВГ )БВГ (!)
На рис.3 представлены графики зависимости 1с = /(() в опытах с н-гептаном, построенные по показаниям двух термопар, расположенных соответственно на расстояниях
— = 29 0 и 78.5 от входа в трубу [2, с.71].
а
Рис. 3. Зависимость гс = у (д) для горизонтального положения трубы при Р=4,0МПа,
рс = 1730 кг/м2с, г= 180С
1 ж
Из рисунка видно, что на участке АБ с увеличением плотности теплового потока температура стенки возрастает приблизительно по прямолинейному закону. На участке БВ этой зависимости с увеличением плотности теплового потока наблюдается некоторое снижение температуры стенки. Например, при q«1.20 МВт/м2 значение температуры стенки
составляет 3060С, а при д «1.75 МВт/м2 точка В - 2820С, т.е. г ^ - г в = 240 С (кривая 1).
Затем, после точки В с увеличением д, значение г вновь возрастает, подчиняясь прямолинейному закону (участок ВГ), аналогично участку АБ. Далее, после точки Г с увеличением плотности теплового потока гс несколько снижается (участок ГД) и процесс теплоотдачи вновь интенсифицируется. По мере дальнейшего увеличения плотности теплового потока все отмеченные выше режимы повторяются и образуется участок ДЕЖЗ указанной зависимости. Из этого рисунка еще следует, что общий характер изменения графика
X
зависимости Хс = У(а) для термопар, расположенных на расстояниях — = 29 и 78,5 от входа в трубу, идентичен.
1- -=29.0; 2- — — 78.5
а а
Л
/ о/
1 У / /
/о
о/ V •-г
Рис. 4. Зависимость ^ = у (д) при движении н-гептана в горизонтальной трубе (Р=5,0МПа)
На рис. 4. приведены результаты исследований теплоотдачи при движении н-гептана в горизонтальной трубе при Р=5.0МПа [1, с.73]. Эти графики тоже построены по показаниям
термопар, расположенных на расстояниях _ = 29 0 и 78,5 от входа в трубу. Сравнение
а .
25
результатов исследований, представленных на рис.3 и рис.4, показывает, что графики зависимости { = у([) при различных давлениях в области 1С > 1т отличаются между
собой. При горизонтальном положении опытной трубы в области улучшенного теплообмена также обнаружено снижение температуры стенки относительно псевдокритической температуры до температуры меньшей критической температуры исследуемой жидкости, аналогично вертикальному положению трубы. В области улучшенного теплообмена разница между максимальным и минимальным значениями температуры стенки составляет приблизительно 800С (кривая 1.)
3,5 д.МВт/м2
Рис. 5. Зависимость = У ([) для н-гептана при Р=4,5 МПа и наклонном положении трубы Графика зависимости tc = У ([), представленные на рис.5.
А и Б построены на основании опытных данных, полученных в наклонных трубах, угол наклона которых к горизонтальному положению трубы соответственно составлял 300 и 600.
X
Графики строились по показанию термопары, находящейся на расстоянии — « 60 от входа в
й
трубу. Результаты исследований показали, что характер изменения графика зависимости tc = У([) не зависит от положения трубы. Резюме
Анализ результатов исследований теплоотдачи при движении н-гептана в наклонных
трубах показал, что общий характер изменения графика зависимости tc = У([) не зависит от
положения трубы, в рассматриваемых случаях также наблюдается первый и второй улучшенные режимы теплоотдачи, которые сопровождаются пульсациями давления жидкости и температуры охлаждаемой поверхности, подобно вертикальному и горизонтальному положениям трубы.
Список литературы
1. Практические рекомендации по расчёту теплоотдачи турбулентных потоков при сверхкритических давлениях // Энергетика, Известие Вузов СССР, №10, 1990 г.
2. Влияние направления движения и положения трубы на теплоотдачу н-гептана при турбулентном течении и сверхкритических давлениях. // дисс. на соиск. уч.степ.к.т.н. Баку 1989, 137с.
3. Рекомендации для оценки интенсивности теплоотдачи при опускном движении жидкости. // Проблемы энергетики. № 4, 2007. 152 с.
4. Конвертный теплообмен при вынужденном и при свободном движении предельных и ароматических углеводородов при сверхкритических давлениях.// Тезисы докладов международного форума по тепло и массообмену. Минск, 1988.
