CC BY
49ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ТЕПЛООБМЕНУ И АЭРОДИНАМИКЕ ПОПЕРЕЧНО ОБТЕКАЕМЫХ
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 теплообмена и аэродинамических сопротивлений пучков труб, позволяющие решать задачи нахождения обобщающих зависимостей для расчета теплообмена и 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
Изучению вопроса теплообмена и аэродинамических сопротивлений пучков труб позволила решать задачи нахождения обобщающих зависимостей для расчета теплообмена и аэродинамических сопротивлений.
Впервые единые формулы для расчета теплоотдачи и сопротивлений пучков труб вывели В.М. Антуфьев и Г.С. Белецкий [1,2].
Экспериментальные результаты ими обобщались в виде критериальных уравнений типа: № = СДе т Рг 7 Ей = КДе«Рг 7
В окончательном упрощенном виде формулы имеют вид: № = С Яе т Ей = К Яе?
На основании использования этих формул были разработаны номограммы для расчета котельных пучков. Причем, т.к. значения величин Рг практически постоянны для воздуха и продуктов сгорания, его значение было внесено в начальные коэффициенты С и К •
При обобщении, в этих работах, за характерный размер принимался диаметр теплообменной трубки в исследованном пучке, а за расчетную скорость - скорость в наименьшем проходном сечении.
С развитием теории подобия экспериментальные результаты обобщались с учетом большого числа факторов и параметров пучка и исследованной среды критериальными уравнениями типа:
№ = / ( Яе; а,; а 2; 7 2; Ргж; ^);
Рг„.
ст
Eu = / ( Re; а!; а 2; z 2);
т.е. было принято, что средняя теплоотдача трубки в пучке зависело от скорости набегающего потока и тепловой нагрузки [3-7].
В большинстве экспериментальных работ применялся метод локального теплового моделирования, т.е. нагревалась или охлаждалась одна трубка в ряду пучка.
В качестве определяющей температуры при обобщении экспериментальных данных различные авторы подходили по разному. Так авторы Антуфьев В.М., Белецкий Г.С., Козаченко Л.С. [1, 2, 8] относили все параметры к температуре стенки трубы, а авторы рабы [9] Берштейн Р.С., Померанцев В.В. - к температуре потока, Бресслер Р. - к среднеарифметической величине этих температур [10]. М.А. Михеев [11] же предложил для учета температурного фактора дополнительный фактор (Ргж / Ргт)025 и
определять его по температуре потока Хж.
В области смешанного обтекания, т.е. в области до критических чисел Рейнольдса, в литературе имеется много исследований. Основные обобщающие зависимости, имеющиеся в рассмотренной литературе, приведены в таблице 1.
Таблица 1. Средняя теплоотдача пучка при смешанном обтекании пучка по данным различных авторов
теп- Парамет-
Ав- ло- вид ры пучка,
№ то- но- пуч мм область Яе формула
ры си-тель ка а 1 а 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Куз-нецо в Н.В. При ф<1,7
1 воздух шах м 38 1,4 12,9 1,52,9 1104 3,5104 №=0,27-Сг -яе0,6 При ф>1,7 №=0.297 ег • Re0,6-ф0,25 ф=^ 1 -ё)/^ 2 -ё)
Рома
2 но-вс-кий В.И. вода шах м 38 1,52 1,52 1104 ^ 3,5104 Nu=0,38 Re06 Pr04 • (Pr / Pr )025 V ж ст '
3 Толу бинс-кий В.Н воздух шах м 20 1,7 52,0 0,71,5 5 6103 ^ 2,5-104 При 2 < ф< 6,5 №=0.235 ег • Re0,6-ф0,55
4 Анту -фьев В.М. воздух шах м. 38 1,2 5-2 1,2 5-2 7103 ^710 4 Nu=0,26 Re0,6 (Т „„ /Т ж) 0,2
вода шах 19 1,5- 0,8 93,5 8103 ^810 4 При а 1 /а 2 < 2
м 30 2,6 №=0,35 Re0,6Pr036 • (а!
Жука 73 / \ 0,2 /а 2) , ^
5 ускас А.А. и др. кори -дор. • (Рг / Pr )0,25 V-1 1 ж ст ' При а /а 2 > 2
-//- -//- -//- №=0,4 Re0,6 Pr 0,36 (РГж/
теп- Парамет-
№ Авто- лоно- вид пуч ры пучка, мм область Re формула
ры си-тель ка d 1 2
Рг )025 ст '
№=0,27Яе0,6 Рг 0,36 (Ргж/
Рг ) °,25 ст
6 Берш -тейн возду шах 38 1,2- 1,2- 6103 ^610 №=0,232 (ЯеК)061
Р.С. х м 2 2 4 где К = / (с 1 /с 2 -1)
При Яе >1103
№=0,4 Яе0,6 Рг 0,36 (Ргж/
вода шах м 38 1,52,3 0,8 93,2 1103 ^410 4 Рг )0,25 ст ' При Яе < 1103
Мих №=0,56Яе0,5 Рг 0,36 (Ргж/
7 е-ев М.А. вода возду х кори дор шах м -//--//- -//--//- -//--//- -//--//- Рг )0,25 ст При Яе < 1103 №=0,4 9 Яе05 При Яе >1103 №=0,35 Яе0,5
8 Мигай В.К. возду х шах м 5 3,3 0,60,9 1104-105 №=0,38 Яе0 6 Рг 0 36
При ф=0,1-0,7
9 Лок-шин В.А. возду х шах м 38 2,12,8 0,6 11,0 1103 ^510 4 №=0.34 Сг • Яе0,6-ф0,1 Рг 0,33 При 1,7 < ф < 4,5 №=0.275 С г • Яе0,6 -ф0,5 Рг 0,33
теп- Парамет-
Ав- ло- вид ры пучка,
№ то- но- пуч мм область Яе формула
ры си-тель ка а с 1 с 2
Где С г - поправка на
количество рядов в пучке.
Если теплоотдачу третьего ряда принять за 100%, то в шахматных и коридорных пучках теплоотдача первого ряда составляет около 60%, а второго - около 70%. Причиной возрастания теплоотдачи является увеличение турбулентности потока, при прохождении его через пучок.
Стало ясно, что для увеличения теплоотдачи пучка можно применять несколько способов, а именно:
- увеличить площадь контакта теплоносителя с поверхностью теплообменника, например, за счет применения ребер, мембран, плавников и т.д.;
- увеличить число Яе набегающего потока до критических и сверхкритических значений;
- увеличить степень турбулентности набегающего потока за счет искусственной турбулизации.
Авторы вышеуказанных работ сделали ряд общих выводов. Так теплоотдача первого ряда отличается от средней по пучку и определяется начальной турбулентностью потока. Теплоотдача второго и третьего рядов по сравнению с первым постепенно возрастает.
Список литературы
1. Антуфьев В.М., Козаченко Л.С. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление конвективных поверхностей нагрева. ОНТИ. М., 1938. 102 с.
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.
8. Антуфьев В.М., Козаченко Л.С. Теплообмен между газами и пучками труб, омываемыми поперечным потоком. Советское котлотурбостроение. № 5, 1937. С. 241-248.
9. Бернштейн Р.С., Померанцев В.В., Шагалова Л.С. К вопросу о механизации сопротивления и теплоотдачи в трубных пучках. В сб. Аэродинамика и теплопередача в котельнотопочных процессах. М. Госэнергоиздат, 1958. С. 251-267.
10. Bressler. Die Warnodbertragund einselner Rohrreihen in guarangestronten Rohrbundeln wit Kleinen-Forechund auf den Gebite, 1958. Bd 24.
11. Михеев М.А. Основы теплопередачи. М., 1956. 390 с.
