Научная статья на тему 'Применение компланарных каналов в технике'

Применение компланарных каналов в технике Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
509
146
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОМПЛАНАРНЫЕ КАНАЛЫ / COPLANAR CHANNELS / ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА / АБСОЛЮТНЫЕ РАЗМЕРЫ КАНАЛОВ / ABSOLUTE SIZES OF CHANNELS / ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТРАКТА / OPTIMAL PATH PARAMETERS / ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕПЛООБМЕНА / HEAT EXCHANGE EFFICIENCY / HEAT EXCHANGE ENHANCEMENT

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Пелевин Ф. В., Ильинская О. И., Орлин С. А.

Необходимость повышать эффективность теплообмена является важной для техники задачей. Создание конкурентоспособного высокоэффективного рекуперативного теплообменного аппарата, а также эффективной тепловой защиты лопаток газотурбинного двигателя во многом зависит от эффективности теплообмена в тракте охлаждения. В связи с этим актуальной является задача повышения эффективности теплообмена в теплообменных трактах. Тракты с компланарными каналами обладают преимуществом перед многими теплообменными трактами. В работе экспериментально исследован теплообмен и гидравлическое сопротивление в трактах с компланарными каналами различной формы. Установлено, что основным параметром, влияющим на интенсификацию теплообмена, является угол взаимного перекрещивания компланарных каналов. Особенно эффективен этот метод при значениях чисел Рейнольдса Re = 10 3…10 4. Коэффициент теплоотдачи, по сравнению с коэффициентом для гладкого канала, может быть увеличен таким способом в 3-6 раз. Влияние параметра χ (отношение высоты ребра h к ширине канала a ) на теплоотдачу существенно меньше. Но на коэффициент оребрения он влияет значительно. С увеличением суммарного угла взаимного перекрещивания каналов коэффициент гидравлического сопротивления x также возрастает. Чем большее значение принимает угол перекрещивания каналов, тем выше темп увеличения x. При увеличении угла перекрещивания каналов с 45 до 104° коэффициент гидравлического сопротивления увеличивается в 5-6 раз. Результаты исследования теплообмена и гидравлического сопротивления в компланарных каналах обобщены критериальными зависимостями. Установлено, что с уменьшением эквивалентного гидравлического диаметра компланарного канала до 0,5-1,0 мм эффективность теплоотдачи в плоских трактах с компланарными каналами падает. Установка микротурбулизаторов потока в плоских трактах с компланарными каналами повышает эффективность теплообмена. Показано, что в цилиндрических трактах с компланарными каналами увеличение параметра c не влияет на вихреобразование в каналах, однако при этом увеличивается коэффициент оребрения, что приводит к увеличению теплоотдачи. Определены оптимальные параметры тракта. Тракт с компланарными каналами рекомендовано использовать в охлаждаемых лопатках газотурбинного двигателя и рекуперативных теплообменниках.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Пелевин Ф. В., Ильинская О. И., Орлин С. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

USING COPLANAR CHANNELS IN TECHNOLOGY

The need of increasing the heat exchange efficiency is essential task for engineering. Developing a competitive high performance recuperative heat exchanger, as well as efficient thermal protection of gas turbine engine blades largely depends on the efficiency of heat exchange in a cooling path. Therefore, the task of improving the heat exchange efficiency in heat exchange paths is of high priority. The paths with coplanar channels have advantages over many heat exchange paths. Thus, heat exchange and hydraulic resistance in paths with coplanar channels of various shapes were experimentally investigated in the paper. It is established that the main parameter affecting the heat exchange enhancement is an angle of mutual intersection of coplanar channels. This method is especially effective at Reynolds numbers Re = 10 3…10 4. The heat transfer coefficient as compared to the coefficient for a smooth channel can be increased by 3-6 times with this method. The effect of parameter χ (ratio of fin height h to channel width α ) on heat exchange is much lower. But it significantly affects the finning coefficient. While increasing the sum angle of mutual intersection of channels the hydraulic resistance coefficient x also increases. The higher value the angle of channel intersection takes, the higher is the rate of increasing x. While increasing the angle of channel intersection from 45 tо 104° the hydraulic resistance coefficient increases 5-6 times. The results of studying the heat exchange and hydraulic resistance in coplanar channels are summarized by criterion relations. It was found that with the decrease of the equivalent hydraulic diameter of a coplanar channel up to 0.5-1.0 mm the heat exchange efficiency decreases drastically. Installation of flow microenergizers in flat paths with coplanar channels increases the heat transfer efficiency. It is shown that an increase of parameter c in cylinder paths with coplanar channels does not influence on eddy formation in the channels, however, the finning coefficient increases resulting in heat exchange increase. The optimal path parameters are determined. The path with coplanar channels is recommended for use in cooled blades of gas turbine engine and recuperative heat exchangers.

Текст научной работы на тему «Применение компланарных каналов в технике»

Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2014. № 37

УДК 536.24

Ф.В. Пелевин, О.И. Ильинская

МАТИ - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского, Москва, Россия

С.А. Орлин

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛАНАРНЫХ КАНАЛОВ В ТЕХНИКЕ

Необходимость повышать эффективность теплообмена является важной для техники задачей. Создание конкурентоспособного высокоэффективного рекуперативного теплообменного аппарата, а также эффективной тепловой защиты лопаток газотурбинного двигателя во многом зависит от эффективности теплообмена в тракте охлаждения. В связи с этим актуальной является задача повышения эффективности теплообмена в теплообменных трактах. Тракты с компланарными каналами обладают преимуществом перед многими теплообменными трактами. В работе экспериментально исследован теплообмен и гидравлическое сопротивление в трактах с компланарными каналами различной формы. Установлено, что основным параметром, влияющим на интенсификацию теплообмена, является угол взаимного перекрещивания компланарных каналов. Особенно эффективен этот метод при значениях чисел Рейнольдса Ре = 103...104. Коэффициент теплоотдачи, по сравнению с коэффициентом для гладкого канала, может быть увеличен таким способом в 3-6 раз. Влияние параметра х (отношение высоты ребра Л к ширине канала а) на теплоотдачу существенно меньше. Но на коэффициент оребрения он влияет значительно. С увеличением суммарного угла взаимного перекрещивания каналов коэффициент гидравлического сопротивления § также возрастает. Чем большее значение принимает угол перекрещивания каналов, тем выше темп увеличения При увеличении угла перекрещивания каналов с 45 до 104° коэффициент гидравлического сопротивления увеличивается в 5-6 раз. Результаты исследования теплообмена и гидравлического сопротивления в компланарных каналах обобщены критериальными зависимостями. Установлено, что с уменьшением эквивалентного гидравлического диаметра компланарного канала до 0,5-1,0 мм эффективность теплоотдачи в плоских трактах с компланарными каналами падает. Установка микротурбулизаторов потока в плоских трактах с компланарными каналами повышает эффективность теплообмена. Показано, что в цилиндрических трактах с компланарными каналами увеличение параметра х не влияет на вихреобразование в каналах, однако при этом увеличивается коэффициент оребрения, что приводит к увеличению теплоотдачи. Определены оптимальные параметры тракта. Тракт с компланарными каналами рекомендовано использовать в охлаждаемых лопатках газотурбинного двигателя и рекуперативных теплообменниках.

Ключевые слова: компланарные каналы, интенсификация теплообмена, абсолютные размеры каналов, оптимальные параметры тракта, эффективность теплообмена.

F.V. Pelevin, O.I. Ilyinskaya

МАТ1 - K.E. Tsiolkovsky Russian State Technological University, Moscow, Russian Federation

S.A. Orlin

Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russian Federation USING COPLANAR CHANNELS IN TECHNOLOGY

The need of increasing the heat exchange efficiency is essential task for engineering. Developing a competitive high performance recuperative heat exchanger, as well as efficient thermal protection of gas turbine engine blades largely depends on the efficiency of heat exchange in a cooling path. Therefore, the task of improving the heat exchange efficiency in heat exchange paths is of high priority. The paths with coplanar channels have advantages over many heat exchange paths. Thus, heat exchange and hydraulic resistance in paths with coplanar channels of various shapes were experimentally investigated in the paper. It is established that the main parameter affecting the heat exchange enhancement is an angle of mutual intersection of coplanar channels. This method is especially effective at Reynolds numbers Re = 103...104. The heat transfer coefficient as compared to the coefficient for a smooth channel can be increased by 3-6 times with this method. The effect of parameter x (ratio of fin height h to channel width a) on heat exchange is much lower. But it significantly affects the finning coefficient. While increasing the sum angle of mutual intersection of channels the hydraulic resistance coefficient § also increases. The higher value the angle of channel intersection takes, the higher is the rate of increasing While increasing the angle of channel intersection from 45 to 104° the hydraulic resistance coefficient increases 5-6 times. The results of studying the heat exchange and hydraulic resistance in coplanar channels are summarized by criterion relations. It was found that with the decrease of the equivalent hydraulic diameter of a coplanar channel up to 0.5-1.0 mm the heat exchange efficiency decreases drastically. Installation of flow microenergizers in flat paths with coplanar channels increases the heat transfer efficiency. It is shown that an increase of parameter x in cylinder paths with coplanar channels does not influence on eddy formation in the channels, however, the finning coefficient increases resulting in heat exchange increase. The optimal path parameters are determined. The path with coplanar channels is recommended for use in cooled blades of gas turbine engine and recuperative heat exchangers.

Keywords: coplanar channels, heat exchange enhancement, absolute sizes of channels, optimal path parameters, heat exchange efficiency.

Введение

Традиционные методы интенсификации теплообмена (увеличение скорости течения охладителя и коэффициента оребрения тракта) в настоящее время иногда оказываются недостаточно эффективными, поэтому всё более широкое применение находят теплообменные тракты со сложной конфигурацией проходного сечения [1-4].

В настоящее время привлекает внимание тракт с компланарными каналами [5-7]. Внедрение в серийное производство охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) с компланарными каналами (СКБ Н.Д. Кузнецова) дало мощный толчок развитию этого метода ин-

тенсификации теплообмена. Использование теплообменных трактов с компланарными каналами в рекуперативных теплообменных аппаратах для наддува топливных баков нашло применение и в ракетном дви-гателестроении.

Тракт с компланарными каналами сочетает в себе два метода интенсификации теплообмена: 1) увеличение турбулентности за счет закрутки потока; 2) увеличение поверхности теплоотдачи (за счет коэффициента оребрения

Различают тракты, выполненные на осесимметричной поверхности, например цилиндре (рис. 1, 3), и на плоских профилированных поверхностях, например лопатке ГТД (рис. 2, 4).

Тракт с компланарными каналами образован параллельными ребрами на противоположных поверхностях двух сопрягаемых по вершинам этих ребер оболочек. Ребра противоположных оболочек расположены под углом 2Р друг к другу и образуют систему взаимосопри-касающихся каналов, сообщающихся друг с другом через межреберные ромбовидные ячейки на поверхности сопряженных оболочек (см. рис. 1-4). Такой тракт может быть образован методом литья по выплавляемым моделям, фрезерованием или с помощью других технологий.

Тракт с компланарными каналами перспективен для использования в охлаждаемых лопатках газотурбинных авиационных двигателей, в зеркалах лазеров [2, 5-10].

А-А

Рис. 1. Тракт с компланарными каналами на цилиндрической поверхности

Рис. 2. Тракт с компланарными каналами на плоской поверхности: 2р - угол взаимного перекрещивания каналов; кр - высота ребра; а - ширина канала; 5р - толщина ребра;

V - скорость теплоносителя; q - удельный тепловой поток

Цилиндрические (осесимметричные) тракты с компланарными каналами обычно используются в компактных высокоэффективных рекуперативных теплообменных аппаратах (ТА) различного назначения (см. рис. 1, 3).

Рис. 3. Экспериментальная модель ТА с компланарными каналами перед сборкой (корпус и втулка)

Плоский профилированный тракт с компланарными каналами используется в охлаждаемых лопатках ГТД (см. рис. 4).

Теплообмен в трактах с компланарными каналами

Высокая интенсификация теплообмена в трактах с компланарными каналами позволила создать охлаждаемую лопатку без завесного охлаждения, что привело к увеличению экономичности ГТД и, соответственно, дальности полета.

Кроме этого лопатка с компланарными каналами, изготовленная литьем по выплавляемым моделям, отличается повышенными прочностными свойствами, что особенно важно при больших циклических и температурных нагрузках.

Исследования показали, что основным фактором, определяющим величину коэффициента теплоотдачи на участке стабилизированного теплообмена, является угол взаимного перекрещивания компланарных каналов 2р. С увеличением угла взаимного пересечения компланарных каналов увеличивается теплоотдача.

Рис. 4. Препарированная охлаждаемая лопатка с компланарными каналами ГТД без завесного охлаждения

Увеличение коэффициента теплоотдачи с увеличением угла 2р можно объяснить следующим образом. В отличии от течения в каналах с постоянной закруткой потоков по длине каналов (закрученные ленты в канале) взаимодействие компланарных потоков происходит в некоторой сопряженной области - области смешения. С увеличением угла 2р в области смешения возрастает интенсивность турбулентных пуль-

саций (закрутка потоков). Это ведет к увеличению обмена количеством движения между соприкасающимися потоками, что, в свою очередь, приводит к возрастанию касательных напряжений сопряженной области и интенсификации массообмена между потоками, вызванной увеличением глубины проникновения турбулентных молей из области смешения в ядро потока. Увеличение касательных напряжений в сопряженной области каналов приводит к усилению взаимной подкрутки потоков. В результате в компланарных каналах реализуется турбулентный поток кручения с высокими нормальными и тангенциальными переносными свойствами. Энергия турбулентности, вырабатываемая в области смешения компланарных потоков, переносится к теплоотдаю-щей поверхности с молями теплоносителя как по нормали за счет увеличения турбулентных пульсаций, так и тангенциально потоку кручения в результате взаимной подкрутки. Таким образом, вблизи теплоотда-ющей поверхности происходит непрерывное разрушение пограничного слоя, интенсифицируется массообмен пристеночных слоев потока с его ядром, что является причиной значительного увеличения коэффициента теплоотдачи.

Влияние числа Рейнольдса на число Стентона можно представить зависимостью

81=ЛЯе".

Показатель степени при Re во всем диапазоне изменения Re = = 10 ...6 • 10 практически постоянен. Это свидетельствует о том, что режим течения теплоносителя в исследованном диапазоне чисел Рей-нольдса не претерпевает существенного изменения. Эффективность и интенсификация теплоотдачи в тракте с компланарными каналами по сравнению с гладким каналом будет выше при малых значениях Re. Это связано с тем, что при развитом турбулентном режиме течения теплоносителя ^е > 10 ) в гладком и компланарных каналах турбули-зация потока и так велика.

Результаты исследования теплообмена в компланарных каналах обобщены критериальной зависимостью

81 = ехр(-2,47+0,81р) • Яе-0,32 • Рг"°,6, (1)

где Р - угол, рад.

Относительная погрешность определения числа по формуле (1) составляет ±15 %.

Особенно эффективен этот метод при значениях чисел Рейнольд-са Яе = 10 ...10 . Коэффициент теплоотдачи, по сравнению с коэффициентом для гладкого канала, может быть увеличен таким способом в 3-6 раз (в зависимости от угла Р).

Влияние параметра х (отношение высоты ребра к к ширине канала а) на теплоотдачу существенно меньше. Так, при изменении значения х от 0,2 до 1,2 число Стентона практически не меняется. Следует отметить, что изменение параметра х в данном диапазоне не оказывает существенного влияния на теплоотдачу, в отличие от фактора развития поверхности. С увеличением параметра х увеличивается коэффициент оребрения п, вследствие чего увеличивается общая эффективность теплоотдающей поверхности тракта:

^эф = ^всо 'Л,

где Б1эф - эффективная (полная) теплоотдача в компланарных каналах; §1всо - теплоотдача за счет вихреобразования в компланарных каналах. Если теплообменный тракт с компланарными каналами используется в качестве регенеративной системы охлаждения, то обычно его называют вихревой системой охлаждения (ВСО).

Основным фактором, определяющим значение коэффициента теплоотдачи на участке стабилизированного теплообмена, является угол взаимного перекрещивания компланарных каналов 2р. Интенсификация за счет вихреобразования увеличивается в 1,5-3 раза при увеличении угла 2р с 45 до 120°.

Гидравлическое сопротивление в трактах с компланарными каналами

Во всем исследованном диапазоне характер изменения коэффициентов гидравлического сопротивления Е, сохраняет монотонность, в том числе и в области переходного течения для гладкой трубы. Это свидетельствует о том, что в трактах с компланарными каналами режим течения в диапазоне чисел Яе 103...6 - 104 не претерпевает существенного изменения и является турбулентным. В отличие от течения в гладкой трубе область автомодельности коэффициента гидравлического сопротивления в тракте с компланарными каналами начинается

при значениях числа Яе = (1.1,5) -104. Этот вывод распространяется на все исследованные варианты трактов.

С увеличением суммарного угла взаимного перекрещивания каналов коэффициент гидравлического сопротивления £ также возрастает. Чем большее значение принимает угол 2Р, тем выше темп увеличения £. При увеличении угла 2Р от 45 до 104° коэффициент гидравлического сопротивления увеличивается в 5-6 раз. Полученные экспериментальные данные обобщены в виде зависимости

£ = ехр(5,24+2,94р) / Яе1'32+ехр(-4,7+3,46р). (2)

Относительная погрешность обобщения (2) не превышает ±10 %.

С учетом интенсификации теплообмена и гидравлического сопротивления оптимальный угол взаимного пересечения компланарных каналов 2р равен 90°.

Особенно эффективен этот метод при значениях чисел Рейноль-дса Яе = 103...104.

Влияние абсолютных размеров компланарных каналов на эффективность теплоотдачи

Следует отметить, что абсолютные размеры компланарных каналов могут влиять на уровень теплоотдачи при прочих равных условиях [10]. Исследования эффективности теплообмена в плоских трактах с компланарными каналами и эквивалентными гидравлическими диаметрами 0,5-2 мм показали, что коэффициент теплоотдачи резко падает с уменьшением ^экв. При таких малых размерах каналов интенсификация теплоотдачи мала, а гидравлические потери существенны (рис. 5, 6).

С уменьшением гидравлического диаметра каналов уменьшаются размеры зоны смешения и степень турбулентности потоков, что приводит к увеличению толщины пограничного слоя и уменьшению теплоотдачи. Для увеличения теплоотдачи необходимо дополнительно турбулизировать поток теплоносителя в пределах пограничного слоя. Основание межреберного канала работает в смысле теплопереноса малоэффективно по сравнению с поверхностью вершины ребра. Необходимо повысить влияние основания канала на интенсификацию теплообмена.

10

3x10

5 4

-3

X ■ <

6 -- х X х /

............. .. >

1-—

8 10

Рис. 5. Зависимость числа Стентона от числа Рейнольдса, йг и 2р: 1 - гладкая труба; 2 - 2Р = 90°, 4 = 0,5-10"3 м; 3 - 20 = 60°, йт = 1,5-10"3м; 4 - 2р = 90°, йт = 1Д-10"3м; 5 - 2Р = 120°, йт = 1,Ы0-3м; 6 - 2р = 90°, й= 1,5103м; 7 - 2р = 90°, йт = 2,010 3м; х - 2р = 60°, йг = 1,5 103м с турбулизатором

Рис. 6. Зависимость коэффициента сопротивления от числа Яе, йг и 2р: • - 2р = 120°,

с!т= 1,11(Г3м; 3 - 2р = 90°, с!т = 0,5-10 3 м; о - 2р=90°, с!т = 1,1-1(Г3м; □ - 2р = 90°, с!т = 1,5-10~3м; О - 2р=90°, с!т = 2,0-1СГ3м; Д - 2р = 60°, с!т = 1,51(Г3м; х - 2р = 60°,

йг = 1,5 103м с турбулизатором

Таким образом, видно, что с уменьшением эквивалентного гидравлического диаметра компланарных каналов до 0,5-1,0 мм эффективность теплоотдачи резко падает. Но именно такие каналы могут

быть в небольших турбинных лопатках и рекуперативных теплооб-менных аппаратах, изготовленных из хромоникелевой стали. Поэтому важно найти способ увеличения теплоотдачи в компланарных каналах малого эквивалентного гидравлического диаметра.

Дополнительная турбулизация потока на дне компланарных каналов была осуществлена методом углубленного разрезания ребер на теплоотдающей поверхности и образования, таким образом, углублений на дне каналов. Глубина турбулизирующих канавок составила 0,1 мм, что примерно равно размеру искусственной шероховатости.

Результаты теплообмена и гидравлического сопротивления такого «вихревого» тракта с турбулизаторами показаны на рис. 5, 6. Интенсификация теплообмена возросла в 1,7 раза, гидравлическое сопротивление в 2,3 раза. Это позволило более чем в три раза увеличить эффективность теплообмена в плоском тракте с компланарными каналами (рис. 7).

Эффективность теплоотдачи в плоских компланарных каналах

в зависимости от йг и 2р при Яе = 104 представлена на рис. 7.

Коэффициент эффективности теплообмена Кэф определялся по формуле, предложенной в работе [3]:

(

Кэф -

81 ? Г£и ^

Vгл У V £ У

Установка микротурбулизаторов потока в плоских трактах с компланарными каналами повышает эффективность теплообмена в 3,4 раза (см. рис. 7).

Рис. 7. Эффективность теплоотдачи в плоских компланарных каналах в зависимости от йг и 2р при Яе = 104: Д - 2р = 90°; о - 2р = 60°; х - 2р = 60° с турбулизатором

Для тракта охлаждения жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) характерны более высокие значения х. В связи с этим проведены испытания цилиндрического тракта с компланарными каналами и параметром х = 4. Высота ребра - 4 мм, толщина ребра - 1 мм, расстояние между ребрами - 1 мм. Материал тракта - латунь ЛС-80. При таких геометрических размерах регенеративного тракта охлаждения ЖРД коэффициент оребрения близок к максимальному. Эксперименты проведены в диапазоне изменения чисел Рейнольдса 103-104. Угол взаимного пересечения каналов 90°. Теплоноситель - воздух.

На рис. 8 представлены результаты исследования теплообмена в указанном тракте. Показано, что в цилиндрических трактах с компланарными каналами увеличение параметра х не влияет на вихреоб-разование в каналах ^ВСО), однако при этом увеличивается коэффициент оребрения, что приводит к увеличению теплоотдачи ^эф).

С целью повышения интенсификации теплоотдачи в трактах с компланарными каналами исследован цилиндрический «вихревой» тракт (х = 4) с разрезанными ребрами на теплоотдающей поверхности. Организующая поверхность тракта не изменялась. Материал теплоотдающей поверхности - латунь Л-80. Толщина ребра - 1,3 мм, ширина канала - 1 мм, высота ребра - 4 мм. Ребра нарезаны с шагом £ = 12И. Глубина турбулизирующих канавок к равна 0,1 мм, ширина фрезы составляла 0,8 мм. Вследствие этого из оребренной теплоотдающей поверхности получилась ошипованная поверхность.

В отличие от плоских «вихревых» трактов разрезанные ребра в цилиндрической «вихревой» системе не привели к увеличению теплоотдачи. В таком комбинированном (ошипованно-вихревом) тракте Stэф не превышает теплоотдачи в чисто «вихревом» тракте с параметром х = 4 (см. рис. 8). При малых числах Рейнольдса «вихревой» тракт даже более эффективен.

С целью дополнительной турбулизации потока был испытан цилиндрический тракт с компланарными каналами, на дне которых выполнен продольный турбулизатор с поперечными размерами 0,15 х 0,15 мм. Значительного увеличения теплоотдачи также не было обнаружено (см. рис. 8).

♦ ВСО с л = 4 ■ ВСО 1: разрезанными ребрами А ВСО 01= 1 4 ВСО с турбулизатором 0,15x0,15 мм

1

■ ■

• | 'А • А • >

1000 10 000 Рис. 8. Теплообмен в цилиндрических трактах с компланарными каналами (2р = 90°)

Выводы

В результате экспериментального исследования эффективности теплообменного тракта с компланарными каналами установлено, что основным параметром, влияющим на интенсификацию теплообмена, является угол взаимного перекрещивания компланарных каналов. Особенно эффективен этот метод при значениях чисел Рейнольдса Яе = = 103...104. Оптимальный угол взаимного перекрещивания компланарных каналов 90°. Для повышения эффективности теплообмена в плоских трактах с компланарными каналами необходимо турбулизировать поток теплоносителя на дне каналов.

Библиографический список

1. Ройзен Л.И., Дулькин И.Н. Тепловой расчет оребренных поверхностей. - М.: Энергия, 1977. - 256 с.

2. Харитонов В.В. Теплофизика лазерных зеркал. - М.: Изд-во Моск. инж.-техн. ун-та, 1993. - 152 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплоотдачи в каналах. - М.: Машиностроение, 1981. - 208 с.

4. Галкин М.Н., Попов В.Г., Ярославцев Н.Л. Исследование и расчет гидравлических и тепловых характеристик охлаждаемых конструкций с компланарными каналами // Известия вузов. Машиностроение. - 1985. - № 3. - С. 73-76.

5. Теплообмен и гидравлическое сопротивление в трактах, образованных системой компланарных сообщающихся каналов / Н.Д. Кузнецов, В.М. Кудрявцев, Г.П. Нагога [и др.] // Труды МВТУ. - 1984. -№ 417. - С. 54-75.

6. Кудрявцев В.М., Орлин С.А., Поснов С.А. Экспериментальное исследование гидравлического сопротивления в трактах с компланарными каналами // Известия вузов. Машиностроение. - 1983. - № 4. -С. 54-58.

7. Орлин С.А., Поснов С.А. Экспериментальное исследование теплообмена и гидравлического сопротивления в кольцевых трактах с компланарными каналами // Труды МВТУ. - 1984. - № 417. - С. 9-12.

8. Тепловая защита лопаток турбин / Б.М. Галицейский, В.Д. Совершенный, В.Ф. Формалев [и др.]. - М.: Изд-во МАИ, 1996. - 356 с.

9. Теплопередача в охлаждаемых деталях газотурбинных двигателей летательных аппаратов / В.И. Локай, М.Н. Бодунов, В.В. Жуйков [и др.]. - М.: Машиностроение, 1985. - 216 с.

10. Орлин С.А., Поснов С.А., Пелевин Ф.В. Теплообмен и гидравлическое сопротивление в щелевых трактах с компланарными каналами // Известия вузов. Машиностроение. - 1984. - № 2. - С. 78-81.

References

1. Roizen L.I., Dulkin I.N. Teplovoy raschet orebrennykh poverkhnos-tey [Thermal design of finned surfaces]. Moscow: Energiya, 1977. 256 p.

2. Kharitonov V.V. Teplofizika lazernykh zerkal [Thermal physics of laser mirrors]. Moscow Engineering Physics Institute, 1993. 152 p.

3. Kalinin E.K., Dreitser G.A., Yarkho S.A. Intensifikatsiya tep-lootdachi v kanalakh [Intensification of heat transfer in channels]. Moscow: Mashinostroenie, 1981. 208 p.

4. Galkin M.N., Popov V.G., Yaroslavtsev N.L. Issledovanie i raschet gidravlicheskikh i teplovykh kharakteristik okhlazhdaemykh konstruktsiy s komplanarnymi kanalami [Investigation and calculation of hydraulic and thermal characteristics of cooled structures with coplanar channels]. Izvesti-ya vuzov. Mashinostroenie, 1985, no. 3, pp. 73-76.

5. Kuznetsov N.D., Kudryavtsev V.M., Nagoga G.P. [et al.]. Teploo-bmen i gidravlicheskoe soprotivlenie v traktakh, obrazovannykh sistemoy komplanarnykh soobshchayushchikhsya kanalov [Heat transfer and hydraulic resistance in paths formed by a system of coplanar communicating channels]. Trudy MVTU, 1984, no. 417, pp. 54-75.

6. Kudryavtsev V.M., Orlin S.A, Posnov S.A. Eksperimentalnoe issle-dovanie gidravlicheskogo soprotivleniya v traktakh s komplanarnymi kanalami [Experimental investigation of hydraulic resistance in paths with copla-nar channels]. Izvestiya vuzov. Mashinostroenie, 1983, no. 4, pp. 54-58.

7. Orlin S.A, Posnov S.A. Eksperimentalnoe issledovanie teploo-bmena i gidravlicheskogo soprotivleniya v koltsevykh traktakh s kom-planarnymi kanalami [Experimental investigation of heat transfer and hydraulic resistance in ring paths with coplanar channels]. Trudy MVTU, 1984, no. 417, pp. 9-12.

8. Galitseyskiy B.M., Sovershennyy V.D., Formalev V.F. [et al.]. Teplovaya zashchita lopatok turbin [Thermal protection of turbine blades]. Moscow Aviation Institute, 1996. 356 p.

9. Lokay V.I., Bodunov M.N., Zhuykov V.V. [et al.]. Teploperedacha v okhlazhdaemykh detalyakh gazoturbinnykh dvigateley letatelnykh appa-ratov [Heat transfer in cooled parts of gas turbine engines of aircraft]. Moscow: Mashinostroenie, 1985. 216 p.

10. Orlin S.A, Posnov S.A., Pelevin F.V. Teploobmen i gidravliches-koe soprotivlenie v shchelevykh traktakh s komplanarnymi kanalami [Heat transfer and hydraulic resistance in slot-type paths with coplanar channels]. Izvestiya vuzov. Mashinostroenie, 1984, no. 2, pp. 78-81.

Получено 3.03.2014

Об авторах

Пелевин Федор Викторович (Москва, Россия) - доктор технических наук, профессор кафедры «Двигатели летательных аппаратов и теплотехника» ФГБОУ ВПО МАТИ (109240, г. Москва, Берниковская наб., 14, e-mail: [email protected]).

Ильинская Ольга Игоревна (Москва, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры «Двигатели летательных аппаратов и теплотехника» ФГБОУ ВПО МАТИ (109240, г. Москва, Берниковская наб., 14, e-mail: [email protected]).

Орлин Сергей Андреевич (Москва, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры «Ракетные двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана (105005, г. Москва, 2-я Бауманская, д. 5, e-mail: [email protected]).

About the Authors Pelevin Fedor Viktorovich (Moscow, Russian Federation) - Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Aircraft Engines and Heat Engineering, K.E. Tsiolkovsky Russian State Technological University (14, Bernikovskaya emb., Moscow, 109240, Russian Federation, e-mail: [email protected]).

Ilyinskaya Olga Igorevna (Moscow, Russian Federation) - Ph. D. in Technical Sciences, Associate Professor, Department of Aircraft Engines and Heat Engineering, K.E. Tsiolkovsky Russian State Technological University (14, Bernikovskaya emb., Moscow, 109240, Russian Federation, e-mail: [email protected]).

Orlin Sergey Andreevich (Moscow, Russian Federation) - Ph. D. in Technical Sciences, Associate Professor, Department of Rocket Engines, Bauman Moscow State Technical University (5, 2nd Bauman st., Moscow, 105005, Russian Federation, e-mail: [email protected]).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.