CC BY
25
TECHNICAL SCIENCES
THE ISSUES OF IMPROVING EFFECTIVENESS OF THE SUN-AIR HEATERS AND THE METHODS OF COUNTING OF EXCHANGING HEAT PICKING LIMITED SPHERE OF HELIO RECEIVERS Abbasov E.S.1, Umurzakova M.A.2 (Republic of Uzbekistan) Email: Abbasov562@scientifictext.ru
1Abbasov Erkin Sodikovich - Doctor of Technical Sciences, Professor, DEPARTMENT CONSTRUCTION OF ENGINEERING COMMUNICATIONS;
2Umurzakova Muyassar Abubakirovna - Candidate of technical sciences, Associate Professor, DEPARTMENT ELECTRICAL ENGINEERING, ELECTROMECHANICS AND ELECTROTECHNOLOGY,
FERGANA POLYTECHNIC INSTITUTE, FERGANA, REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Abstract: the article considers the issues of increasing the thermal efficiency of solar air heaters by artificially interrupting the hydrodynamic boundary layer in the heater channels. Intensification models and heat transfer calculation formulas are proposed. When developing models of near-wall flow, it was assumed that the type of flow in the recesses depends on the relative distance between the protrusions of the turbulators and can develop from a vortex to a flow such as a boundary layer. Considering that the near-wall flow has a short continuous section, in the near-wall models, to a first approximation, heat transfer formulas were used for a turbulent boundary layer developing on the plate. The calculations according to the proposed formulas are in good agreement with the experiments on heat transfer of other authors.
Keywords: the heater of sunny air, effectiveness of heat, hydrodynamics limited sphere, fasting of exchanging heat.
ВОПРОСЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕЙ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕНА НА ГЕЛИОПРИЕМНИКАХ С ПРЕРЫВИСТЫМ ПОГРАНИЧНЫМ СЛОЕМ Аббасов Е.С.1, Умурзакова М.А.2 (Республика Узбекистан)
1Аббасов Еркин Содикович - доктор технических наук, профессор, кафедра строительства инженерных коммуникаций; 2Умурзакова Муяссар Абубакировна - кандидат технических наук, доцент, кафедра электротехники, электромеханики и электротехнологии, Ферганский политехнический институт, г. Фергана, Республика Узбекистан
Аннотация: в статье рассмотрены вопросы повышения тепловой эффективности солнечных воздухонагревателей путем искусственного прерывания гидродинамического пограничного слоя в каналах нагревателя. Предлагаются модели интенсификации и формулы расчета теплообмена. При разработке моделей пристенного течения принято, что тип течения потока в углублениях зависит от относительного расстояния между выступами турбулизаторов и может развиваться от вихревого до течения типа пограничного слоя. Учитывая, что пристенное течение имеет короткий непрерывный участок, в моделях пристенного течения в первом приближении использовались формулы по теплоотдаче для турбулентного пограничного слоя, развивающегося на пластине. Расчеты по предложенным формулам имеют хорошее совпадение с экспериментами по теплообмену других авторов.
Ключевые слова: солнечные воздухонагреватели, тепловая эффективность, гидродинамический пограничный слой, интенсификация теплообмена.
9
УДК. 621.362.537.215
Солнечные воздухонагреватели (СВХН) являются одними из перспективных гелиотехнических устройств, которые могут быть использованы в системах воздушного отопления и в солнечных сушильных устройствах. Такие СВХН подразделяются на два типа:
• СВХН, работающие под действием вынужденной конвекции;
• СВХН, работающие под действием естественной конвекции.
Второй тип нагревательного устройства часто используется при небольшой тепловой производительности сушилки или при нагреве воздуха в помещениях малой кубатуры. Учитывая, что в таких нагревателях в качестве теплоносителя используется воздух, имеющий небольшую теплоемкость (меньше теплоемкости воды примерно в 4 раза), то данные СВХН имеют не только повышенные габариты и вес, но и низкую тепловую эффективность.
Следовательно, для сокращения этих показателей и повышения тепловой эффективности в СВХН должны быть реализованы методы увеличения теплообмена в каналах нагревательного устройства.
Для применения этих методов целесообразным считается использование известных в промышленной теплотехнике способов интенсификации теплообмена [1-4].
К наиболее известным способам интенсификации теплообменных процессов относятся: периодическое прерывание гидродинамического пограничного слоя, образующегося на гелиоприемной поверхности. На практике такое искусственное обновление пограничного слоя можно реализовать с помощью поверхностей, показанных на рис. 1.
Рис. 1. Схема периодического обновления гидродинамического пограничного слоя на гелиоприемной поверхности: а - канал с выступами шероховатости, б - волнистый канал
Следует отметить, что пристенное течение на таких поверхностях является сложным и в настоящее время не поддающемся теоретическому решению. В этой связи считаются приемлемыми полуэмпирические способы расчета теплообмена и гидравлического сопротивления такого течения [5, 6, 7, 8].
Для моделирования пристенного потока (Рис. 1а) примем следующие положения:
1. Образующиеся за турбулизаторами отрывные зоны и обратные течения, в них считаются безградиентными, типа пограничного слоя.
2. Образующиеся вихри в угловых зонах будем считать лишь источниками турбулентности и квазистационарными. Таким образом модель течения можно сформировать так: модель № 1.
Рис 2. Образование одиночного вихря
В этом случае образующийся вихрь и вихревая зона между турбулизаторами создают некоторую прослойку, через которую частицы основного потока трудно проникают и
затрудняют теплоотдачу. Гидравлическое сопротивление подчиняется квадратичному режиму, т.е. режиму, в котором коэффициент гидравлического сопротивления не зависит от числа Рейнольдса. Такое близкое расположение турбулизаторов нецелесообразно устанавливать в воздушном потоке.
Модель № 2.
Рис. 3. Обратные течения типа пограничного слоя
Такой тип течения можно представить, как обратное течение типа пограничного слоя, развивающегося под действием квазитвердого вихря. Модель № 3.
Рис. 4. Цепочка пограничных слоев, образующихся между двумя турбулизаторами: 1, 2, 3 - разнонаправленные пограничные слои: 1 - пограничный слой формируется в обратном направлении основному потоку после точки
присоединения; 2 - пограничный слой формируется после точки присоединения по направлению основного потока; 3 - пограничный слой формируется вследствие вихря, возникающего на передней
стенке заднего турбулизатора
Данный случай является оптимальным с точки зрения интенсификации теплоотдачи ввиду того, что на протяжении всего периода (период соответствует расстоянию между двумя выступами) формируется несколько течений, который можно представить в виде модели.
Для получения инженерных формул расчета теплоотдачи примем также, что:
- Картина течения между турбулизаторами повторяется от периода к периоду;
- Течения в обратных направлениях развиваются под действием квазитвердых вихрей и таким образом скорость в обратном пограничном слое равна скорости основного потока.
Для модели № 1 не наблюдается течение типа пограничного слоя и, следовательно, процесс теплообмена между стенкой и основным потоком осуществляется по подобию шероховатой стенки.
Для модели № 2 пристенные течения формируются в обратном направлении и в первом приближении такие течения могут быть выражены формулами турбулентного пограничного слоя.
Средняя теплоотдача может быть рассчитана в соответствии с принятыми допущениями так:
= 0,0225К_е0'81 I С1)
?ь
а
Для модели №3 формулу средней теплоотдачи можно получить использовав метод суперпозиции;
^ Ыие/ + Nue.iL + ЫиеХ Ыщ =---—-— (2)
/^ \ /^ \ '
Протяженность первого слоя для 8^Ь=12 (оптимальный шаг) Ь =5h протяженность третьего равна Ь=Г=1,5к
Протяженность второго слоя вычисляется как
- ^ - Iх = 12Н - 5Н - 1,5Н = 5,5Н
Подставим в формулу (2) получим:
2 '2 1
I, + /2 + 'з
- = 0,0225Яе"
5Н +
5,5Н
5,5Н +
1,5Н ^
1,5Н
12Н
(3)
= 0,0225Ке0'8*0,74(н ^ == 0,017Ке0'8 ^
Методика расчета по предлагаемой формуле (3) состоит в том, что в первую очередь определяется расстояние между турбулизаторами, если §4/И<12, то расчет теплообмена проводят в соответствии с формулой (1).
При §4/И>10 расчет теплообмена проводят по формуле (3).
На рис. 2 представлены расчеты по формулам (1), (2) и опытные данные [1]. Из графика видно их удовлетворительное совпадение.
а) Щ=0,5; d/Д=0,967
б) 1/Д=0,25;
d/Д=0,905
Рис. 5. Расчет теплоотдачи в канале с выступами: t - расстояние между выступами; Д - диаметр
канала
-0,2
-0,2
-0,2
-0,2
1
0,8
Ыи, = 0,0225Ке°
-0,2
-0,2
Список литературы /References
1. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. М: Машиностроение 1972. 220 с.
2. Мигай В.К. Теплообмен в трубах с кольцевой дискретной шероховатостью. ИФЖ, 1972. Т. XXII. № 2. С. 248-253.
3. Гухман А.А. Интенсификация конвективного теплообмена и проблема сравнительной оценки теплообменных поверхностей. Теплоэнергетика, 1977. № 4. С. 5-8.
4. Мигай В.К. Теплообмен в трубах с дискретной шероховатостью-Теплоэнергетика, 1989. № 7. С. 2-5.
5. Лобанов И.Е. Моделирование теплообмена и сопротивления при турбулентном течении в каналах теплоносителей в условиях интенсификации теплообмена // Труды Третьей Российской национальной конференции по теплообмену. В 8 томах. Т. 6. Интенсификация теплообмена. Радиационный и сложный теплообмен. М., 2002. С. 140-143.
6. Мигай В.К. Интенсификация конвективного теплообмена в трубах и каналах теплообменного оборудования: дисс. д.т.н. Л.: ЦКТИ, 1973. 412 с.
7. Мигай В.К. Моделирование теплообменного энергетического оборудования. Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1987. 263.
8. Гортышов Ю.Ф., Попов И.А. Научные основы расчета и создания высокоэффективных компактных теплообменных аппаратов с рациональными интенсификаторами теплоотдачи // Теплоэнергетика. № 4, 2006. С. 2-14.
