CC BY
35
УДК 536.24:533.6.011
DOI: 10.15587/2313-8416.2015.42378
ТЕПЛООБМ1Н ПОПЕРЕЧНО-ОМИВАНИХ ШАХОВИХ ПУЧК1В ПЛОСКООВАЛЬНИХ ОРЕБРЕНИХ ТРУБ ПРИ МАЛИХ ЧИСЛАХ РЕЙНОЛЬДСА
© М. М. Вознюк, О. М. Терех, В. А. Рогачов, О. В. Баранюк
npoeedeHi експериментальт до^дження теплообмту шахових пучюв плоскоовальних труб з неповним поперечним оребренням в дiапазонi чисел Рейнольдса 500< Re^ <20000. Запропоноват новi розрахунковi
залежностi для визначення коефiцieнтiв тепловiддачi для Rerfi <3000, встановлений вплив основних гео-
метричних та режимних параметрiв на iнтенсивнiсть зовмшньо! тепловiддачi. Розрахунковi залежно-стi рекомендовано використовувати при розробцi нових теплообмiнних поверхонь для «сухих» гради-рень, апаратiв повiтряного охолодження
Ключовi слова: теплообмт, плоскоовальна труба, шаховий пучок, поперечне оребрення
Experimental investigations of heat transfer of staggered bundles offlat-oval tubes with incomplete transversal finning in the range of Reynolds numbers 500 < Rerfi <20000 are performed. New calculation correlations for
determining of heat transfer coefficients for Rerfi <3000 are suggested, the impact of basic geometric and regime parameters on intensity of external heat transfer are determined. The received calculation depending is possible to use in developing of heat transfer surfaces for "dry" cooling towers and air cooling apparatuses Keywords: heat transfer, flat-oval tube, staggered bundle, transversal fins
1. Вступ
Теплове забруднення рiчок та природних во-дойм зараз е настшьки ютотним, що подальший роз-виток потужностей теплового обладнання пов'язаний в основному з водовикористанням на електростанщ-ях, хiмiчних та металургшних тдприемствах з метою збереження та економи водних ресурав, повинен бути орiентований на оборотш системи водовикорис-тання. 1х складовою е широко застосовуваш «мокрЬ> градирш, бризкальш басейни i т. г Проте, i в таких випаровувально-охолоджуючих системах, мае мюце втрати води у виглядi крапельно! вологи та випару в досить значних об'емах. Наслщком цього е необхщ-шсть пвдживлення контуру охолодження та пов'язане з цим накопичення в ньому солей i рiзних видiв забруднення, що вносяться з тдживлювальною водою.
На вщм1ну ввд зазначених «мокрих», в «сухих» градирнях [1] ввдсутнш прямий контакт м1ж водою та повпрям, а насадка замiнюеться теплообмшником з розвиненою поверхнею. Отже «сухЬ> градирнi мо-жуть застосовуватися у випадках, коли використання градирень випаровувального типу неможливе через вiдсутнiсть великих джерел постачання водою. Така перевага особливо важлива для АЕС, якi мають бь льшу свободу вибору мюця !х будiвництва. Крiм того, «сухЪ> градирнi не мають парового шлейфу над витяжною баштою, в якш рух всмоктуваного з на-вколишньо! середи повiтря забезпечуеться вимуше-ною або природною тягою.
Близьким за конструкцiею та принципом ди до «сухо!» градирнi е апарат повiтряного охолодження (АПО), який вiдноситься до системи повiтряного охолодження технолопчного продукту i який склада-еться з теплообмiнних секцiй-поверхонь у виглядi пучков оребрених труб та осьового вентилятора, що прокачуе пов^я крiзь них [2]. АПО може працювати в режимi вимушено! конвекцп (швидкостi обдування
поверхш, як правило, не перевищують 4-5 м/с), а також в режимi природно! тяги особливо в осшньо-зимовий перiод з низькими температурами навколи-шнього середовища. До теплообмшних поверхонь, що омиваються продуктами згоряння при малих швидкостях, також можна ввднести хвостовi поверхнi нагрiвання котлоагрегату, що працюе при теплових навантаженнях менше 40 %.
2. Постановка проблеми
Пропонована робота спрямована на створення за результатами експериментальних дослщжень теп-лообмiну, узагальнених емпiричних спiввiдношень для розрахунку конвективних коефiцiентiв тепловвд-дачi шахових пучков плоскоовальних труб з неповним оребренням в обласп низьких швидкостей оми-вання !х повiтрям. Зазначенi поверхнi, як показано у [3], мають високу теплоаеродинамiчну ефективнiсть порiвняно з традицiйними оребреними трубами круглого профшю, що за шших рiвних умов приводить до полшшення на 25-30 % масо-габаритних показнишв теплообмiнного обладнання.
3. Ан^з лiтературних джерел
В сучасних теплообмшних пристроях, що мають поверхш з трубчастих пучков, часлше зустрча-еться турбулентна або близька до не! форма течи те-плоноая у них, при цьому змiна характеру зовшш-нього омивання позначаеться i на закономiрностi тепловiддачi у пучках. Так, поперечно -омиваш, як правило, глади трубчастi поверхш на^вання коте-льних агрегатiв взаемодшть з турбулентним потоком. У теперiшнiй час найбiльш вивченими е турбу-лентний (Re>105) та змшаний Re=(103-105) режими [4-6]. За визначальш параметри в числах Рейнольдса та Нуссельта пропонованих авторами критерiальних рiвнянь теплообмiну приймаються: зовнiшнiй дiа-
метр труби та швидшсть у найб1льш вузькому пере-тиш пучка. Натом1сть, законом1рност1 теплообм1ну для ламшарного режиму (Ке<3-10 ), що ввдповвдае д1апазону невеликих швидкостей омивання, доедает недостатньо, хоча щ режими, як зазначено ви-ще, досить часто можуть зустр1чатися при експлуа-таци теплообмшного обладнання. Для проектування теплообмшних поверхонь, що працюють в обласп низьких швидкостей омиваючого потоку, необхвдне знания теплообмшного процесу та встановлення впливу геометричних та теплових характеристик пу-чшв труб на штенсившсть теплообмшу.
Наявш в лтгератур1 даш по цьому питанню вь дносяться зазвичай до змшапого або турбулентного режим1в течи при поперечному омиванш поверхонь з оребрених труб р1зного профшю [5, 7], для цих же режим1в на сьогодш всеб1чно дослщжеш 1 зручнооб-т1чш поверхш, зокрема, плоскоовльш труби з непов-ним оребренням [8-10]. В той же час, роботи, яш присвячеш вивченню процеав теплообм1ну у повер-хнях з оребрених труб р1зного профшю при низьких числах Рейнольдса (Яе<3-103), практично ввдсутт. Тому, виршення цього завдання е актуальним, так як, защкавленють до цього режиму омивання теплообмшних секцш, у першу чергу, може бути пов'язано з перюдичним (залежно ввд пори року) використанням енерговитратних машин на прокачування теплоноая.
3. Методика та об'ект дослiдження
Експериментальш дослщження теплообм1ну шахових пучков плоскоовальних труб з неповним поперечним оребренням (рис. 1) виконаш в аероди-нам1чнш труб1 роз1мкпеного типу прямокутного перетину за методиками, яш детально викладеш в [11].
Плоскоовальш сталев1 труби з оребренням на б1чних плоских поверхнях (рис. 2) виготовлялися контактним приварюванням плоских прямокутних ребер товщиною 0,8 мм до несучо! плоскоовально! гладко! труби. Дослщжувався один типорозм1р труби, основш геометричш характеристики яко! наведе-ш у табл. 1.
Дослвдження конвективного теплообмшу виконаш для шести шахових пучив, що ввдр1знялися ком-поновочними характеристиками труб S} (поперечний крок м1ж трубами) та 82 (поздовжнш крок), як1 представлен! у табл. 2. Кшьшсть рядш у пучку вздовж та поперек потоку ввдповщно складали 72=6, 71=3-4.
Рис. 1. Шаховий пучок плоскоовальних труб з неповним оребренням
Рис. 2. Плоскоовальна труба з неповним поперечним оребренням
Таблиця 1
Найменування величини Позна-чення Зна-чення
Поперечний розм1р труби di, мм 15,0
Поздовжшй розм1р труби d2 , мм 30,0
Висота ребер h, мм 19,0
Крок ребер t, мм 4,0
Ввдносне видовження профшя d2 /di 2,0
Коефщент оребрення 14,24
Таблиця 2
Геометричш характеристики пучшв труб та дослщш постшш m, Cq в формулi (1) для 500< Rerf <3000
№ пучка Si: мм S2 мм SiS m Cq
1 60,0 100,0 0,600 0,512 0,476
2 60,0 67,0 0,896 0,501 0,512
3 64,5 60,0 1,075 0,490 0,581
4 101,3 80,0 1,266 0,485 0,676
5 86,0 60,0 1,433 0,473 0,715
6 111,3 60,0 1,855 0,461 0,813
4. Результати дослщжень
Дослвдження теплообмшу пучков виконаш в д!апазош чисел Рейнольдса 500< Яе^ <20000, що вщ-
поввдае швидкостям в живому перер1з1 пучка (0,520) м/с. За визначальний розм1р в числах Яе^ прийн-
ятий поперечний розм1р плоскоовально! труби й1 (рис. 1). Результати цих дослщжень подаш у логари-фм1чних координатах у вигляд1 залежностей
N = / (Яе^,) 1 на рис. 3, 4. Дослщш даш з тепловщ-
дач достатньо добре узагальнюються ступеневою залежшстю виду
Nu = Cg • Re™.
(1)
100
10
Ni о^
i
□
• -1 О -2 □ -3 □ -4
а.
□ о □ ^Öfi' a Ovf
□ 2f А -5 О -6
1000
10000
Re
Рис. 3. Залежнють чисел Нуссельта ввд чисел Рейнольдса 500< Rerfi <20000: 1 - пакет № 1;
2 - пакет № 2; 3 - пакет № 3; 4 - пакет № 4; 5 - пакет № 5; 6 - пакет № 6; 7 - осереднена крива
Nu
40
30
20
10
• -1 0-2 □ -3 □ -4 а-5 О-б
1
500
1000
2000
3000
Re,
dl
Рис. 4. Залежнють чисел Нуссельта ввд чисел
Рейнольдса 500< Rerfi <3000: 1 - пакет № 1; 2 - пакет
№ 2; 3 - пакет № 3; 4 - пакет № 4; 5 - пакет № 5; 6 - пакет № 6
Частина експериментальних даних на рис. 3 з невеликим розсшванням в обласп 3000< Яе^ <20000
групуеться бшя криво! 7. Як видно, в обласп Яе^ <3000 спостертаеться шша законом1ршсть теп-
лообмшного процесу, який характеризуеться бшьш пологим нахилом (меншим т) криво! 7, тобто при Яе^ -3000 настае очевидне змшення режиму течи
при омиванш пакепв труб. Кр1м того, в цщ обласл мае мюце деяке розшарування даних, тому для !! детального анал1зу вона окремо представлена на рис. 4. З цього рисунку видно, що пучок № 4 з £/82=1,266 мае найб1льшу штенсивнють теплообм1ну, близький за значениям до нього пучок № 6 з 5У82=1,855. По м1р1 зменшення параметра 51/82 тепловщдача у пучках знижуеться. Значення Nu для пучк1в №№ 1-3 у межах експериментально! похибки практично ствпа-дають м1ж собою, перевищення за штенсивнютю теплообмшу м1ж найкращими пучками №№ 4, 6 та шшими у розглянутому д!аиазош складае 10-15 %.
Вплив параметра розмщення труб у пучку для обласл малих чисел Рейнольдса на коефщенти т (крива 1) та Сч (крива 2) у ступеневш формул! (1) приведений на рис.5.
dl
Рис. 5. Залежносп показника ступеня m i коефiцieнта Cq ввд параметра розмiщення S1/S2 при 500<Rerfi <3000: 1 - показник m; 2 - коефiцieнт Cq;
3, 4 - розрахунковi крит
Коефiцieнт Cq суттево збiльшуeться з ростом S1/S2 приблизно в 1,7 рази для пакету № 6 (табл. 2), при цьому показник ступеня m зменшуеться бiльш пов№но i для дослiджених пучив в середньому складае приблизно 0,49 (табл. 2).
З метою створення узагальнюючих сшввщно-шень для розрахунив показника степеня m та коефь щента Cq в бiльш широкому iнтервалi змiнення гео-метричних характеристик труб та пучив, до аналiзу додатково залучеш експериментальнi данi з теплооб-мiну [10], що включали 27 шахових пучив i яи були дослвджеш в дiапазонах чисел Рейнольдса Rerf в!д
3000 до 20000, коефiцiентiв оребрення у в!д 5,3 до 21,5 та ввдношень кроив мiж трубами S1/S2 в!д 0,6 до 2,5. Даш [10] були екстрапольоваш в область низьких чисел Рейнольдса Re^ <3000 з урахуванням зменшення показника степеня m i залежностi його вiд параметра S1/S2 (рис. 5). За результатами оброблення всiх дослiдiв побудоваш графiчнi залежностi m=f(S1/S2) на рис. 6 та Cq=f(S1/S2) на рис. 7. Поля даних на рисунках, що ввдповвдають розкидам значень по ввдношенню до усереднених апроксимуючих кри-вих для показника m не перевищуе ±2 %, а для коефь цiента Cq=±(12-15) %.
• -1 О -2 --3 -
N С \o0,
\o Y> •
О
0.5 1 1.5 2 2.5 Sl/S2
Рис. 6. Залежшсть показника ступеня т у формулi (1) ввд параметра розмiщення Б1/Б2 в обласп 500<Яе^ <3000: 1 - дослвджеш пучки;
2 - екстрапольоваш данi [10] в область Яе^ <3000;
3 - розрахункова крива
З урахуванням аналiзу даних рис. 6 та рис. 7 сшввщношення для розрахунку значень т та Сч вщ-поввдно набувають вигляд
т = 0,05-Ш(1,3/£2) + 0,48, (2)
С =-0,25• т(1,3-^ /) + 0,65 . (3)
* 8 о
с • о О Jj Vo о и
• о Л уб О о • -1 о -2 --3
/ • < <* оо
^^ о о
0.5 1 1.5 2 2.5
Рис. 7. Залежшсть коефщента С9 у формулi (1) вiд параметра розмщення 81/Б2 в областi 500<Яе^ <3000: 1 - дослiдженi пучки;
2 - екстрапольоваш даш [10] в область Яе^ <3000;
3 - розрахункова крива
Таким чином, за результатами експерименталь-них дослвджень отримана нова едина система узагаль-нюючих спiввiдношень (1)-(3), що дозволяе в штерва-лi малих чисел Рейнольдса 500< Яе^ <3000 розрахо-
вувати значення коефiцiентiв тепловiддачi для ша-хових пакетiв плоскоовальних труб з неповним оре-бренням. Похибка розрахунково! формули (1) не перевищуе ±12 %.
5. Висновки
За результатами експериментальних досль джень отримана система рiвнянь (1), (2) та (3), що дозволяе розраховувати коефщенти теплообмшу
шахових пучков поперечно-оребрених труб плоскоовального проф1лю в обласп малих (0,5-3) м/с швид-костей омивання повиряним потоком в широкому штервал1 змшення !х геометричних характеристик (у=5-21,5; S/S2=0,6-2,5).
Запропоноваш розрахунков1 сшввщношення можуть бути використаш при розробш та розрахунку секцш нових теплообмшних поверхонь «сухих» гра-дирень з вимушеною та природною тягою, апарапв повиряного охолодження, конвективних хвостових поверхонь нагр1вання котлоагрегапв, як1 працюють при малих теплових навантаженнях.
Лiтература
1. Справочник по теплообменникам в 2-х т., Т.2 / под ред. О. Г. Мартыненко, А. А. Михалевича, В. К. Шико-ва. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 352 с.
2. Крюков, Н. П. Аппараты воздушного охлаждения [Текст] / Н. П. Крюков. - М.: Химия, 1983. - 168 с.
3. Терех, О. М. Теплоаеродинам1чна ефектившсть пакета труб з поперечними ребрами [Текст] / О. М. Терех, О. В. Семеняко, В. А. Рогачов, П. I. Багрш // ВосточноЕвропейский журнал передовых технологий. - 2012. - Т. 2, № 8 (56). - С. 31-37. - Режим доступа: http://journals.uran. ua/eejet/article/view/3773/3 529
4. Стасюлявичюс, Ю. К. Теплоотдача поперечно-обтекаемых пучков ребристых труб [Текст] / Ю. К. Стасюлявичюс, А. Ю. Скринска. - Вильнюс: Минтис, 1974. - 243 с.
5. Кунтыш, В. Б. Тепловой и аэродинамический расчеты оребренных теплообменников воздушного охлаждения [Текст] / В. Б. Кунтыш, Н. М. Кузнецов. - СПб.: Энергоатомиздат, 1992. - 280 с.
6. Юдин, В. Ф. Теплообмен поперечно оребренных труб [Текст] / В. Ф. Юдин. - Л.: Машиностроение, 1982. - 189 с.
7. Антуфьев, В. М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева [Текст] / В. М. Антуфьев. - М.-Л.: Энергия, 1966. - 184 с.
8. Pysmennyy, Ye. Experimental investigation of ther-mo-aerodynamic characteristic of fining flat-oval tube banks [Text] / Ye. Pysmennyy, A. Terekh, P. Bagriy, G. Polupan // 7th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics. - Krakow, Poland, 2009. - P. 116.
9. Pis'mennyi, E. N. Optimization of the ribbing of a new heat exchange surface of flat-oval tubes [Text] / E. N. Pismennyi, P. I. Bagrii, A. M. Terekh, A. V. Semenyako // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. - 2013. - Vol. 86, Issue 5. -P. 1066-1071. doi: 10.1007/s10891-013-0929-5
10. Письменний, £. М. Узагальнений метод розрахунку конвективного теплообмшу поперечно-омиваних шахових пучкгв труб плоско овального профшю з неповним оребренням [Текст] / £. М. Письменний, П. I. Багрш, В. А. Рогачов, О. М. Терех // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2008. - Т. 2, № 3(32). - С. 44-47.
11. Письменный, Е. Н. Теплообмен и аэродинамика пакетов поперечно-оребренных труб [Текст] / Е. Н. Письменный. - Киев: Альтерпрес, 2004. - 244 с.
Referenses
1. Мartynenko, О. H., Мikhalevich, А. А., Shykov, V. K. (Eds.) (1987). Reference book of Heat-exchangers in two volumes, Vol. 2. Moscow, USSR: Energoatomizdat, 352.
2. Kryukov, N. P. (1983). Air cooling apparatuses. Mos-kow, USSR: Chemistry, 168.
3. Terekh, A. М., Semenyako, A. V., Rogachev, V. A., Baranyuk, A. V., Bagriy, P. I. (2012). Heataerodynamic efficiency of tube bundles with transversal fins. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2/8 (56), 31-37. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/3773/3529
4. Stasiulevicius, J., Skrinska, A. (1974). Heat transfer in banks of finned tubes in crossflow. Vilnius, USSR: Mintis, 243.
5. Kuntysh, V. B., Kuznetsov, N. M. (1992). Thermal and aerodynamics calculations of finned air-cooled exchanger. S-Petersburg, Russia: Energoatomizdat, 280.
6. Udin, V. F. (1982). Heat transfer of finned tubes in crossflow. Leningrad, USSR: Machinebuilding, 189.
7. Antufev, V. M. (1966). Efficiency of different forms of heating convective surfaces. Moskow, USSR: Energy, 184.
8. Pysmennyy, Ye., Terekh, A., Bagriy P., G. Polupan G. (2009). Experimental investigation of thermo-aerodynamic characteristic of fining flat-oval tube banks. 7-th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics. Krakow, Poland, 116.
9. Pis'mennyi, E. N., Bagrii, P. I., Terekh, A. M., Semenyako, A. V. (2013). Optimization of the ribbing of a new heat exchange surface of flat-oval tubes. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 86 (5), 1066-1071.
doi: 10.1007/s10891-013-0929-5
10. Pis'mennyi, E. N., Bagriy, P. I., Rogachev, V. A., Terekh, A. M. (2008). Generalized method of calculation of heat transfer of stagered bundles of flat-oval tube with incomplete fins in cross flow. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2/3 (32), 44-47.
11. Pismennyi, E. N. (2004). Heat transfer and aerodynamics in banks of transverely finned tubes. Kiev, Ukraine: Alterpress, 244.
довано до публгкацИ д-р техн. наук Черноусенко О. Ю.
Дата надходження рукопису 20.04.2015
Вознюк Максим Михайлович, асшрант, кафедра атомних електричних станцш i iнженерноi теплофiзи-ки, Нацюнальний технчний ушверситет Украши «Кшвський поллехшчний шститут», пр. Перемоги, 37, м. Ки1в, Украша, 03056 E-mail: maksimvoznyuk@gmail.com
Терех Олександр Михайлович, кандидат техшчних наук, старший науковий сшвробггаик, кафедра атомних електричних станцш i iнженерноi теплофiзики, Нацюнальний техшчний ушверситет Украши «Кшвський полiтехнiчний шститут», пр. Перемоги, 37, м. Ки1в, Украша, 03056 E-mail: teram57@meta.ua
Рогачов Валерш Андршович, кандидат техшчних наук, доцент, кафедра атомних електричних станцш i iнженерноi теплофiзики, Нацюнальний техшчний ушверситет Украши «Ки1вський полiтехнiчний шсти-тут», пр. Перемоги, 37, м. Ки1в, Укра1на, 03056 E-mail: valeriy_rogachov@ukr.net
Баранюк Олександр Володимирович, кандидат техшчних наук, старший викладач, кафедра атомних електричних станцш i iнженерноi теплофiзики, Нацiональний технiчний унiверситет Украши «Ки1вський полiтехнiчний iнститут», пр. Перемоги, 37, м. Ки1в, Украша, 03056 E-mail: aleksandrW@i.ua
УДК 65.011.56
DOI: 10.15587/2313-8416.2015.42630
ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
© Е. П. Павленко, В. А. Айвазов, И. С. Берюх
Рассмотрена проблема выбора технологии разработки программного обеспечения. Проведен анализ достоинств и недостатков существующих технологий. Выделены локальные критерии качества, позволяющие оценить эффективность применения технологии разработки программных продуктов с конкретным назначением. Разработана процедура принятия решений по выбору технологии разработки программного обеспечения как последовательность выполняемых этапов
Ключевые слова: программное обеспечение, технология разработки, эксперт, принятие решений, локальный критерий
The problem of choice of technology of software development is considered. The analysis of dignities and lacks of existent technologies is conducted. Local criteria are selected qualities, allowing to estimate efficiency of application of technology of software development with the concrete setting. Procedure of decision-making is developed on the choice of technology of software development as a sequence of the executable stages Keywords: software, technology of development, expert, decision-making, local criterion
1. Введение
Эффективность и результативность разработки программных проектов не находится на должном уровне. Несмотря на широкое распространение компьютеров и расширение области применения программного обеспечения, остается значительной доля
проектов по разработке программного обеспечения, которые нельзя считать успешными. Наряду с эффектными достижениями имеются и неудачи. К сожалению, до сих пор слишком часто приходится делать вывод, что программирование рискованно, программы ненадежны [1].
