CC BY
14
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 137
1965
ТЕПЛООТДАЧА ВЕРТИКАЛЬНОГО РЯДА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ТРУБ В УСЛОВИЯХ СВОБОДНОЙ КОНВЕКЦИИ ВОЗДУХА
Ю. А. ЗАГРОМОВ, Ю. А. КОРОЛЕНКО (Представлена проф. докт. Г. И. Фуксом)
Процесс теплоотдачи пучков труб в условиях свободной конвекции описывается соотношением [1, 2, 5, 6|
Ыи=/(Ог, Рг, . (1)
Проведено экспериментальное исследование явления теплоотдачи вертикального ряда горизонтальных труб в воздушной среде. При этом критерий Рг остается постоянным и зависимость (1) принимает вид
] . , -(1а)
Опыты проводились на специальной установке (рис. 1). Основным ее элементом является модель пучка, собираемая с заданным вертикальным шагом 5 из отдельных стержней. Каждый стержень представляет собой латунную трубку с наружным диаметром О — 6 мм и длиной ¿—100 мм. Внутрь латунной трубки вводится стеклянная трубка с вмонтированным в нее нихромовым электронагревателем (рис.2). Сопротивление нагревателя колеблется в пределах 4,00 — 4,04 ома (среднее /? =-= 4,02 ом).
Пространство между латунной и стеклянной трубками заполнялось слоями алюминиевой фольги толщиной о------0,02 мм.
Каждый стержень снабжался медь-копстантановой термопарой из проводов с1 — 0,1 мм, проложенной между латунной и стеклянной трубками. Последовательность операций по изготовлению трубок можно уяснить по рис. 3. Спай термопары выводился в сверление ¿/- 0,3 мм на середине длины трубки и припаивался. При сборке установки спаи всех термопар были на верхней образующей трубки [3].
Нагреватели всех стержней при сборке соединялись последовательно. Питание током нагревателей производилось через стабилизатор напряжения СНЭ-220-0,75 и автотрансформатор ЛАТР-1 РНО-205-2. Мощность Л', потребляемая установкой, измерялась ваттметром ЭДВ класса 0,2.
Для измерения э. д. с. термопар была принята схема с общим холодным спаем. Э. д. с. термопар измерялась лабораторным потенциометром ГШ 3 класса. Для переключения термопар использовался переключатель на 10 термопар.
о О СО
Рис. I. Схема экспериментальной установки: 1—стабилизированный выпрямитель; 2 —автотрансформатор; 3—ваттметр; 4—модель пучка; 5—горячий спай термопары; 6—.холодный спай термопары; 7—термостат холодного спая; 8, 11—термометры; 9—потенциометр; 10—нульгальванометр.
рис_ 2. 1—латунная трубка; 2 —нагреватель иихромовый; 3—стеклянная трубка; 4—мелный токоподвод к нагревателю; 5 —жаростойкая замазка, б- термопара; 1—кольцевое пространство, заполненное алюминиевой фольгой.
Рис. 3. Технология изготовления стержня: 1—пихро-мовая проволока; 2—3—спираль нагревателя и токопод-воды; 4—5—пайка и подготовка нагревателя; 6—стеклянная трубка; 7—нагреватель в трубке: 8—нагреватель, обмотанный фольгой; 9—трубка латунная; 10 — стержень в сборе; И—стержень, покрытый копотью
Необходимое число стержней объединялось в пучок с шагом S. Вертикальный размер шага регулировался опорными винтами.
Модель устанавливалась на высоте 40 см над уровнем стола внутри специального кожуха, изолирующего ее от движения воздуха в помещении.
Минимальное расстояние модели до стенки кожуха было не менее 20 см. Температура окружающей среды измерялась термометром THJ1 с ценой деления 0,1°С. Шарик термометра располагался внутри кожуха.
Опыты проводились при установившемся тепловом режиме. В опытах замерялись: мощность тока, потребляемая моделью— /V—по ваттметру; температура холодного спая (в начале и конце опыта) и температура воздуха внутри кожуха (в начале и конце опыта) f} и t)\ температура поверхности стержней модели t^.
Показание каждой термопары снималось дважды с интервалами 15 мин. для проверки стационарности режима.
Всего было проведено 50 опытов. Для каждого опыта подсчнты-вались:
1. Общий расход тепла моделью
Q3Jl^N [от].
2. Потеря тепла от торцов стержней, от токоведущих и соединительных проводов
Qn ~*Qrt "г Qп "г Qn •
а) потери от торцов стержней подсчитывались по формуле
Q'n - 2n2lDM,p: [4, табл. 3-1]
б) потери от токоведущих проводов
Qn = h tcv2n; [4, табл. 3 — 1]
в) потери от соединительных проводов
и,
Mi
Qn = /-'' 2иШсп ■ [4, табл. 3-1]
hV
В приведенных формулах: Аtcp- - twvv — tfcp; t.wcp средняя температура поверхности стержней; D —диаметр стержней [м\\ « — число стержней; df — диаметр соединительных проводов (dr — 0,0015 м); // — общая длина всех перемычек между стержнями (// = 0,008 м); U—общая длина соединительных проводов [м\\ л коэффициент те-
Г вт 1 п
плопроводности материала - . Потери тепла в опытах не пре-
[ мград
восходили 10%.
3. Тепло, отданное лучеиспусканием от каждой из трубок
Q Л — Q> £м //сф
Т \'1 ( т
1 1 / 1 /С Р
100 / V 100
вт
где гм—степень черноты стержней модели.
В опытах поверхность стержней покрывалась сажей (зД1 = 0,952. [4]). //Сф—взаимная поверхность.
Для всех стержней (кроме 2 крайних) величина//Сф подсчитывалась по формуле
я,ф - 201 (а : агс 1«" у а2—1 у 1), [4]
где
а — • О
Для крайних стержней
тЖ
Ясф - /Л(а-: - агсу а- \~) а2~\) ;--— - [4]
2
4. Тепло, отданное конвекцией,
- Qэл......И].
5. Коэффициент теплоотдачи стержней модели
<3.
впг
^.П Мст К I мЧрад где /\-П1 — боковая поверхность стержня; /г—число стержней.
По полученным значениям ак и Д^ст были подсчитаны критерии N11 и Ог и построен график в координатах ^ 1Мпг-Ог^ (рис. 4).
Как видно, в логарифмических координатах зависимость имеет линейный характер и, следовательно, может быть описана уравнением вида
^//Ло-Ог,. (2)
Значение величин т для каждой серии опытов определялось как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс. Составляя и решая ряд уравнений (2) по данным опытов п определенной величине т, находим С.
Были сделаны попытки найти зависимость коэффициента С в ис-
5 п
следуемом интервале от . Для этой цели полученные опытные значения коэффициентов С были нанесены на график в координатах С
и — (рис. о). Из рис. 5 видно, что зависимость имеет линейный Г)
характер и, следовательно, может быть описана уравнением вида
С - к -[-- Ъ S О
Значение величины Ь так же, как и в предыдущем случае, определяем из графика как тангенс наклона к оси абсцисс (Ь 0,08). Подставляя величину Ь в уравнение для каждой серии опытов и решая их, находим к 0,072.
Аналогичные попытки были сделаны в определении зависимости
^ 5
т от — . В исследуемом интервале -- 1,5 —4,0 значение т подсчитываете^ по уравнению
/77 = 0,38 —0,02 —• ' (3)
О
Таким образом, критериальная зависимость теплообмена при свободной конвекции и вертикальном ряду в интервале = 1,5 — 4,0
дается уравнением
50
• öS
0,7
0,6
о. s
ом
0}
oyS 1 Л 1 / ! ^ 1
ст 0 ojr
о D
о ЬЪг
9
30 3,1 ъч 3,6 за а - '
Рис. 4.
С
оно
0?§
CßC
tps
QljS
OJf
m
0/
»
i S*
IS
V
Рис. 5.
W А
N11, = саг?, (4)
где "С = 0,072 -•] 0,08 — (5), а т определяется из (3).
Поскольку значительное увеличение шага приводит к тому, что каждая трубка будет охлаждаться как одиночный стержень, то следует ожидать, что уравнение (4) примет вид известной формулы [5,6] для одиночных стержней, охлаждающихся при свободной конвекции
= 0,47 Ог/>^.
Как видно из формулы (3) и (5), значения т и С стремятся к 0,25 и 0,47, соответственно.
__Произведено сравнение расчетов по формуле (4) с опытными
значениями Результаты сравнения показали, что максимальное
отклонение расчетных значений от опытных не превышает ±5%.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. А. Гухман. Физические основы теплопередачи. ОНТИ, 1934.
2. Ю. А. Короленко. Известии ТГ1И, т. 110, 1962.
3. Г. И. Кружили н, В. А. Ш в а б. Журнал технической физики. Т. 5, и. 3 и 4, 1935.
4. С. С. К у т а т е л а д з е, В. М. Б о р и ш а и с к и й. Справочник по теплопередаче. Г Э:1, 1959.
5. И. М. Михее в а. Теплоэнергетика. № 4, 1956.
6. М. А. Михеев. Основы теплопередачи. ГЭИ, 1956.
