Аналогия переноса импульса и тепла в турбулентном пограничном слое с элементами интенсификации в каналах теплообменного оборудования

• Автор: Ахметов, Рамиль Наилевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 111 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. МЕТОДЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ И МОДЕЛИРОВАНИЯ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА В КАНАЛАХ

Анализ состояния вопроса

1Л. Способы интенсификации теплообмена

1Л Л .Периодические кольцевые выступы

1 Л.2.3акрутка потока в трубах с помощью винтовых вставок

1.1.3.Каналы со спиральными выступами и пружинными вставками

1.1.4.Трубы с продольными внутренними ребрами

1.1.5.Криволинейные каналы (спиральные, змеевиковые)

1.1.6.Витые трубы
1.2.1.Различные подходы к построению расчетных методов сложных турбулентных течений
1.2.2.Теплообмен на шероховатой поверхности
1.3 Гидродинамическая аналогия
ГЛАВА II. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ИМПУЛЬСО- И ТЕПЛООТДАЧИ В ТУРБУЛЕНТНОМ ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ
2.1 .Процессы переноса импульса и тепла в пограничном слое
2.2.Гидродинамическая аналогия
2.3.Модель Прандтля (двухслойная модель турбулентного пограничного слоя)
2.4.Модель диффузионного пограничного слоя Ландау — Левина
2.5.Модель Кармана
2.6.Развитие моделей турбулентности
2.7.Консервативные свойства пограничного слоя
ГЛАВА III. МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛООТДАЧИ НА ПОВЕРХНОСТЯХ С ЭЛЕМЕНТАМИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ
3.1.Расчет теплоотдачи для трубы круглого сечения

3.2.Расчет теплоотдачи для трубы круглого сечения с учетом входного
участка
3.3 .Расчет теплоотдачи в каналах круглого сечения с элементами
интенсификации
3.4.Расчет теплоотдачи для шероховатой пластины
ГЛАВА IV. МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ТЕПЛООТДАЧИ ОТ ШАХМАТНЫХ И КОРИДОРНЫХ ПУЧКОВ ТРУБ
4.1.Особенности поперечного обтекания пучков труб
4.2.Средняя теплоотдача трубы в пучке
4.3.Расчет теплоотдачи при турбулентном обтекании шахматных пучков

4.4.Расчет теплоотдачи при турбулентном обтекании коридорных пучков

4.5.0 форме обобщения экспериментальных данных на основе гидродинамической аналогии на примере поперечного обтекания шахматного пучка труб
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ср - удельная теплоемкость, Дж/(кг К); д - плотность теплового потока, Дж/(м2 с); р - плотность фазы, кг/м3;
а - коэффициент температуропроводности, м2/с;
ат - коэффициент турбулентной температуропроводности, м2/с;
V, пг -коэффициент молекулярной и турбулентной вязкости, м2/с; т - касательное напряжение, Па; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К) и* - динамическая скорость, и. = л1т/р, м/с; и, иао - скорость потока, м/с;
Т- температура потока, °С;
Я - радиус трубы, м;
4 — коэффициент гидравлического сопротивления;
/>.„ — шаг ленточного завихрителя, м;
/ - характерный размер, м;
Л - удельная теплопроводность, Вт/(м К);
X ~ 0,4 - константа Прандтля;
А[/оо - средняя движущая сила переноса импульса, м/с;
5 - толщина пограничного слоя, м;
§1 - толщина вязкого подслоя, м;
е - диссипация энергии, Вт/м3;
у+ = гиу / V - безразмерная координата в пограничном слое;
5Э - эффективная толщина пограничного слоя, м;
АР - перепад давления, Па;
V - объем пучка труб, м3;
р. - динамическая вязкость, Пах.
Комплексы С/=2т/(рП2) - коэффициент трения;

1.2.2 Теплообмен на шероховатой поверхности
Анализ полей температуры в турбулентном пограничном слое показывает, что наибольшие градиенты температур имеют место у стенки [12, 24, 41]. Следовательно, эти пристеночные слои толщиной 5 — 10% от толщины турбулентного пограничного слоя имеют наибольшее тепловое сопротивление до 70 - 80% от теплового сопротивления всего слоя. Чтобы уменьшить их тепловое сопротивление, необходимо увеличить перемешивание пристеночных слоев с вышележащими слоями всего пограничного слоя. Это можно достигнуть дополнительной турбулизации пристеночной части пограничного слоя с помощью случайно распределенной шероховатости или периодически расположенных выступов и впадин (дискретная упорядоченная шероховатость), которые обтекаются газом или жидкостью с образованием отрывных зон с вихревым нестабильным течением [12, 24, 42].
Таким образом, производится разрушение пристеночного слоя с большим тепловым сопротивлением, где имеется большой перепад температур, усиливается перемешивание внутри пограничного слоя, что и интенсифицирует теплообмен между стенкой и теплоносителем или охлаждающей жидкостью.
Количественно эффективность теплообменной поверхности можно оценить отношением ее коэффициентов теплообмена (N11, 81:,...) к
коэффициентам теплообмена (N11..,, Б К,...), на гладкой поверхности ——■—.

Однако при искусственной интенсификации теплообмена увеличивается и гидравлическое сопротивление, и средние коэффициенты трения
'с, л —*—>1 с г
V ■> гл У
Процессы теплообмена возникают между различными телами, если температура их различна. Интенсивность теплообмена между средой и телом зависит от сложных гидродинамических и теплофизических процессов, протекающих у границы раздела и подчиняется закону Ньютона: Количество тепла О проходящее в единицу времени через произвольную поверхность,