CC BY
23ОБОБЩАЮЩИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ РАСЧЕТОВ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПОПЕРЕЧНО ОМЫВАЕМЫХ
ПУЧКОВ ТРУБ Сугиров Д.У.
Сугиров Джиенбек Умирзаевич - профессор, кафедра строительного инжиниринга, Каспийский государственный университет технологий и инжиниринга им. Ш. Есенова, г. Актау, Республика Казахстан
Аннотация: в статье приводятся результаты экспериментальных исследований аэродинамических сопротивлений пучков труб, позволяющие решать задачи нахождения обобщающих зависимостей для расчета аэродинамических сопротивлений, при установке различных турбулизаторов в газоходах установок, при различной скорости теплоносителя.
Ключевые слова: конвективный теплообмен, аэродинамические сопротивления, пучки гладких труб, турбулизаторы.
УДК 621.181
При обобщении экспериментальных данных по сопротивлению пучков важную роль играет выбор определяющей температуры при подборе физических параметров в критериях подобия.
Одни авторы отдают предпочтение температуре стенки [1], другие - температуре потока [2-6].
Установлено, что потери давления распределяются неравномерно, а сопротивление первых рядов больше, чем глубинных. Поэтому, определяя величину среднего коэффициента сопротивления одного ряда пучка, это учитывают введением дополнительного коэффициента Х= ъ2+1 в полученные зависимости.
Как видно из таблицы 1 для большинства пучков значения показателя степени " q " при Re равным - 0,25 или - 0,27, и какой-либо четкой зависимости " q " от геометрии пучков выявить исследователям не удалось.
В тоже время показатель степени " q " в области больших чисел Re сильно отличается от области смешанного обтекания. Это объясняется тем, что при очень больших Re наступает автомодельный режим сопротивления, т.е. переход в область развитого турбулентного обтекания.
В области смешанного обтекания имеются много работ по исследованию сопротивления пучков (табл. 1).
Таблица 1. Обобщающие зависимости для расчета сопротивлений поперечно омываемых пучков по данным разных авторов (область смешанного обтекания)
Теп- Параметр
№ Авто- лоно- вид пуч ы пучка, мм область Яе формула
ры си-тель ка d о 1 0 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 1 При - • — < 0,32 V °2
Eu = 0,13- ^2 + 1) ^е 0,27 • (
Куз- V 2,1 / / V °2 11 При 0,32 <- • — < 0,53 V О Ей = 1,4 • ^2 + 1)^е- 0,25 11 При - • — > 0,53 V О Ей = 1,93- (z2 + 1)^е 0,25 • ( 0,5 / / V О
1 нецо в Н.В. [3] возд ух шах м 38 1,4 12,9 1,5 2,9 110 3 -3,5104
Жук вода шах 19 1,5 0,8 8103 - Для ф =1
2 а- м 30 - 9- 8104 Ей = 2.6 • ( 1 )0,25 • Re-
ускас 73 2,6 3,5 О " 1
А.А. и др. [14] ^ Z2
3 Мо-чан СИ. Ревз ина О.Г. [6] вода шах м 38 1,2 2,9 0,7 3,7 5 3103 -7104 При 0,14 <ф< 1,7 и а < 2 Eu=[1,6+0,5(46-2,7•ф)•(z2 + О^-аО]^ - 0,27 При 0,14 <ф< 1,7 и а > 2 Eu=1,6 • Re - 0,27 • ^2 + 1)
4 Толу -бин-ский, Легкий [7] возд Ух шах м 20 1,7 52,0 0,7 1,5 5 6103 -2,5104 По методике / /: Eu=0,465 • + 1) -ф1,7- Re - 0,25 По нормативной методике: Eu=0,56 • (Z2 + 1) •ф1,7 Re - 0,27
5 Анту фьев, Белецкий /8/ вода шах м 38 1,2 52,0 1,2 52,0 7103 - 7104 Eu=Сl -С2- (Z2 + 1) • Re - 0,27
6 Лок-шин и др. [9] возд кор. 14 1,2 52,0 1,2 52,0 1103 -7104 Eu=0,3 • ф-0,385 • Z2 • Re - 0,1
7 Мо-чан и др. [10] возд кор. 14 1,4 92,0 1,1 43,0 1103 -20104 При а1<а2 0,06 < ф < 1 Eu=0,17 • (а1-1)-0,5 • Z2 •(ф-0^ Re ф2
8 Лок-шин и др. [11] возд шах м 14 1,4 84,1 2 0,7 92,6 5103 -25103 Eu=1,6 + 0,33(1,7- ф)1,5 + + 1,44 -а, [о,4 + 0,1(1,7 -ф)1'5 ]•( 0,11 Z2+1)•Re-0,27
В табл. 2 даны величины показателя " q " в области критических Re , полученные различными авторами.
Таблица 2. Изменения показателя " д " при числе Яв в области высоких чисел, полученные разными авторами
№ Авторы теп ло-нос и-тель вид пучка о! х о 2 зона Яе Ч
1 Ляпин М.Ф. /6/ возд ух шахм 1,28 х 1,50 (1,3 - 5) 105 0,15
2 Двайер и др. /7/ вода шахм 1,58 х 1,37 (0,8 - 12) 105 0,15
3 Стасюлявич у^ Самошка /8/ возд ух шахм шахм шахм корид 1,28 х 1,50 1,28 х 1,50 1,19 х 0,94 1,26 х 1,26 1,2 105 2 105 1,8 105 2 105 0 0 -0,038 0
4 Жукаускас, Улинскас, Марцинауск с /10/ вода вода корид шахм 2,0 х 2,0 2,0 х 2,0 5 105 9 105 0,00 0,00
5 Жукаускас, Сурвила, Пошкаш /9 / возд ух шахм корид корид 2,0 х 1,5 2,0 х 1,5 1,25 х 1,25 2,5 105 1,4 105 1,4 105 000
6 Швегджа /7 / Вод а вода Шахм корид 1,25 х 1,25 1,25 х 1,25 (2,0 - 6,0) 105 (1,0 - 2,0) 105 0 0
Ряд экспериментальных данных, полученных при обтекании цилиндра, свидетельствуют о сильном влиянии уровня начальной турбулентности на теплоперенос.
Рассматривая уравнение теплопроводности Кутателадзе С.С., можно заметить, что наличие конвективного члена в этом уравнении свидетельствует о том, что в движущейся среде теплообмен осуществляется не только за счет теплопроводности, но и вследствие переноса теплоты перемешивающимися молями жидкости. Интенсивность конвективного переноса теплоты пропорционально мгновенному значению скорости течения среды в данной
точке пространства. Следовательно, характер температурных полей в движущейся среде зависит от конфигурации поля скоростей. Чем выше скорость течения теплоносителя, тем больше и значение коэффициента теплопередачи [11]. Вместе с тем интенсивность теплопередачи существенно зависит от режима течения, т.е. имеет место течение ламинарное или турбулентное.
Переход от ламинарного течения к турбулентному характеризуется сильным ростом толщины пограничного слоя. Если для ламинарного режима толщина пограничного слоя 5 = З^-х^-0,5, то для турбулентного 5 = 0,37•х•Re-0,2.
При турбулентном течении скорость диффузии значительно выше, чем при ламинарном. Это влияет и на теплопередачу.
Список литературы
1. Кузнецов Н.В., Щербаков А.З., Титова Е.Я. Новые расчетные формулы для аэродинамического сопротивления поперечно обтекаемых трубных пучков. // Теплоэнергетика. № 9, 1954. С. 48-56.
2. Антуфьев В.М., Козаченко Л.С. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление конвективных поверхностей нагрева. ОНТИ. М., 1938. 102 с.
3. Кузнецов Н.В., Карасина Э.С. Формулы для коэффициента теплоотдачи в гладкотрубном омывании. Теплоэнергетика, 1954. № 6. С. 31-35.
4. Кузнецов Н.В. Теплоотдача и сопротивление в поперечно омываемых пучках труб при различной их компоновке. // Изв. АН ССР, 1937. № 5. С. 26-31.
5. Локшин В.А., Мочан С.И., Фомина В.И. Обобщение материалов по аэродинамическому сопротивлению поперечно омываемых пучков труб.// Теплоэнергетика, 1971. № 10. С.67-70.
6. Антуфьев В.М. Аэродинамические сопротивления шероховатых труб в поперечном потоке // Теплоэнергетика, 1962. № 4. С. 26-30.
7. Локшин В.А., Фомина В.Н., Ушакова Е.Л., Агресс Б.А. Аэродинамические сопротивления поперечно обтекаемых пучков труб с неравномерными шагами // Теплоэнергетика, 1976. № 12. С. 80-84.
8. Локшин В.А., Фомина В.Н.. Ушаков Е.Н., Агресс Б.А. Аэродинамические сопротивления поперечно омываемых пучков труб // Теплоэнергетика, 1980. № 4. С. 53-56.
9. Фомина В.Н., Локшин В.А. Экспериментальные данные об аэродинамических сопротивлениях поперечно омываемых шахматных пучков труб новых конфигураций // Теплоэнергетика, 1971. № 7. С. 53-56.
10. Казакевич В.А. Аэродинамические сопротивления трубчатых пучков, обладающих свойствами самообдувки // Теплоэнергетика, 1958. № 8. С. 48-56.
11. Эйгенс Л.С. Известия энергетического института им. Г.М. Кржижановского, 1940. Т. 8.
