CC BY
24РАЗРАБОТКА КРИТЕРИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕНА И АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
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 их значений, 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: № = С Яе т
Ей = К Яе?
На основании использования этих формул были разработаны номограммы для расчета котельных пучков.
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; ^);
РГст
Ей = / ( Яе; а!; а 2; ъ 2);
т.е. было принято, что средняя теплоотдача трубки в пучке зависело от скорости набегающего потока и тепловой нагрузки [3-7].
В работе [8] (рис.1 а,б,в) выяснению влияния конфигурации турбулизатора на тепловую эффективность поверхности нагрева и возможности выражения его через коэффициент лобового сопротивления, были посвящены исследования тепловой модели плоского канала длиной l= 420 мм и высотой 2s = 30 мм, на горизонтальных электрически нагреваемых стенках которого укреплялись турбулизаторы прямоугольного, треугольного, и каплеобразного профиля. При этом геометрические критерии сравниваемых турбулизаторов выдерживались постоянными, равными h/t = 0,054 и h/s = 0,29. Поэтому определяющей величиной при сравнении экспериментальных данных являлась конфигурация турбулизаторов.
а) Д)
Рис. 1. Виды искусственной интенсификации конвективного теплообмена в прямоугольных каналах
Коэффициент теплообмена на стенке канала определялся методом стационарного теплового потока
а(х) = Q/Лt•( X))•
Интегрированием локальных значений коэффициентов теплообмена были получена средняя величина №. В критериях подобия в качестве определяющего размера выбрана длина канала, а за определяющую температуру -среднее арифметическое от суммы средних величин температуры стенки и температуры потока по длине канала.
Влияние конфигурации турбулизатора мало сказывалось на интенсивность теплообмена в канале. Все опытные точки группирировались вблизи кривой Ыы = /(Яв), в уравнении которой экспонента при числе Рейнольдса равна 0,8, а коэффициент пропорциональности равен 0,05. В то же время для гидравлического сопротивления в канале влияние конфигурации было очень заметно, и каждой конфигурации турбулизатора соответствовало своя величина этого сопротивления, определявшаяся следующей зависимостью: Еы = / (Яв; Слоб)
Здесь Слоб = f (Яв) - коффициент лобового сопротивления турбулизатора. Величина Слоб оказалась равной для прямоугольного, треугольного, полукруглого и каплеобразного профиля соответственно 0,9; 1,5; 0,99; и 0,2.
Все результаты опытов были обобщены следующим уравнением: Е = 11,9 С N
Где: Е - энергетический коэффициент; N -затраты мощности на перемещение воздуха в канале, вт/м.час.
Эффективность поверхности нагрева, также, как и сопротивление в канале, уменьшалась с ростом величины лобового сопротивления. При этом наилучшая поверхность по энергетическому коэффициенту получилась для канала с турбулизаторами каплеобразного профиля, которые характеризовался наименьшими коэффициентами лобового сопротивления из всех исследованных конфигураций турбулизаторов.
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. Bressler. Die Warnodbertragund einselner Rohrreihen in guarangestronten Rohrbundeln wit Kleinen-Forechund auf den Gebite, 1958. Bd 24.
