Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования при вынужденном и свободноконвективном движении теплоносителей

• Автор: Попов, Игорь Александрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 404 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Основные обозначения

Введение
ГЛАВА 1. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛООБМЕННОГО И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ -АКТУАЛЬНОСТЬ, ОБЗОР, ПРОБЛЕМЫ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1Л. Роль теплообменных аппаратов в развитии техники и

технологий

1.2. Обзор мирового рынка теплообменного оборудования

1.3. Основные проблемы разработки и эксплуатации теплообменных аппаратов

1.3.1. Загрязнение и коррозия теплообменных аппаратов

1.3.2. Термомеханические проблемы в теплообменных 32 аппаратах

1.3.3. Высокотемпературные теплообменные аппараты

1.3.4. Повышение компактности теплообменных аппаратов
1.3.4.1. Поверхностная интенсификация теплоотдачи. 35 Рельефы из сферических выемок
1.3.4.2. Поверхностная интенсификация теплоотдачи. 74 Рельефы из сферических выступов
1.3.4.3. Пористые теплообменные элементы
1.3.4.4. Поверхностная интенсификация теплоотдачи при 93 свободной конвекции
1.4. Постановка задач исследования
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА В КАНАЛАХ ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ СО СФЕРИЧЕСКИМИ ВЫЕМКАМИ

2.1. Методологические основы проведения экспериментальных исследований
2.2. Результаты тестовых испытаний
2.3. Результаты визуализации течения в каналах со сферическими выемками
2.4. Карта режимов течения в каналах со сферическими выемками
с острыми кромками
2.5. Гидравлическое сопротивление каналов со сферическими выемками. Влияние основных конструктивных параметров интенсификаторов

2.6. Средняя теплоотдача в каналах со сферическими выемками. Влияние основных конструктивных параметров 153 интенсификаторов
2.7. Теплообменные аппараты с поверхностной интенсификацией теплоотдачи в виде сферических выемок
2.8. Рекомендации по расчету теплообмена и гидравлического сопротивления при использовании в теплообменных аппаратах 169 каналов со сферическими выемками
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА В КАНАЛАХ ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ СО СФЕРИЧЕСКИМИ ВЫСТУПАМИ
3.1. Методологические основы проведения экспериментальных исследований
3.2. Гидравлическое сопротивление каналов со сферическими выемками. Влияние основных конструктивных параметров интенси фикаторов
3.3. Средняя теплоотдача в каналах со сферическими выемками. Влияние основных конструктивных параметров интенсификаторов
3.4. Рекомендации по расчету гидросопротивления и теплоотдачи в каналах со сферическими выступами
ГЛАВА 4. ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛООБМЕН В ПОРИСТЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТАХ И ЭЛЕМЕНТАХ
4.1. Методическое обеспечение исследований
теплогидравлических характеристик каналов с пористыми
вставками
4.1.1. Экспериментальный стенд для исследования средней эффективной теплоотдачи и гидросопротивления каналов и теплообменных аппаратов с пористыми вставками при
течении газообразного теплоносителя
4.1.2. Методическое обеспечение исследований структуры потока в каналах с пористыми вставками
4.1.3. Экспериментальный стенд для исследования средней эффективной теплоотдачи и гидросопротивления каналов и теплообменных аппаратов с пористыми вставками при
течении жидкого теплоносителя
4.2. Исследование гидродинамики и теплообмена в каналах со вставками из высокопористого проницаемого ячеистого 193 материала
4.2.1.Математическое описание влияния основных режимных параметров и геометрических размеров канала и

интенсификаторов на гидросопротивление и теплоотдачу в каналах с высокопористыми ячеистыми материалами
4.2.2.Гидравлическое сопротивление в каналах с пористыми интенсификаторами при вынужденной конвекции
4.2.3.Теплоотдача в каналах с высокопористыми ячеистыми материалами
4.2.4. Сравнение теплоотдачи в каналах с различными типами пористых вставок
4.3. Способы снижения гидросопротивления теплообменных элементов с пористыми средами
4.3.1. Гидродинамика и теплоотдача в каналах при межканальной транспирации теплоносителя в пористых структурах
4.3.2. Гидродинамика и теплообмен в каналах с пористыми слоями и пористыми вставками со сквозными отверстиями
4.3.3.Течение в каналах с дискретной установкой пористых мембран
4.3.4. Течение в канале с пористым выступом
4.4. Гидродинамика и теплообмен в каналах с упорядоченным пористым материалом
4.4.1. Структура упорядоченного пористого материала
4.4.2.Гидравлическое сопротивление в каналах с упорядоченным пористыми материалом
4.4.3. Теплоотдача в каналах с упорядоченным пористым материалом
4.4.4.Сравнительный анализ теплогидравлической эффективности различных пористых интенсификаторов теплообмена
4.4.5. Математическое описание влияния основных режимных параметров и геометрических размеров канала и интенсификаторов на гидросопротивление и теплоотдачу
4.5. Пористые теплообменные аппараты
4.5.1. Теплообменные аппараты на основе высокопористого проницаемого ячеистого материала
4.5.2. Исследование теплогидравлических характеристик теплообменных аппаратов на основе высокопористого проницаемого ячеистого материала
4.5.3. Сравнительный анализ теплогидравлических характеристик теплообменных аппаратов на основе высокопористого проницаемого ячеистого материала с другими видами интенсификации теплообмена
4.5.4. Рекомендации по теплогидравлическому расчету пористых теплообменных аппаратов. Методика выбора оптимальной схемы

лообмена при кипении большие, чем в однофазных потоках. Так, коэффицент теплоотдачи при пленочном кипении удается увеличить до 10 раз, а критический тепловой поток более чем в 3 раза. Наряду с турбулизаторами, закручивающими устройствами, оребрением для интенсификации теплообмена при кипении используют нанесение на поверхность пористых материалов, устанавливают неизотермические ребра, используют шероховатые поверхности.
Для интенсификации теплообмена при конденсации предлагают турбули-заторы или ребра, разрушающие пленку конденсата, несмачиваемые покрытия, жидкие стимуляторы для создания капельной конденсации, закрутку потока или вращение поверхности теплообмена.
Высокоэффективным часто оказывается применение комбинированных методов интенсификации: комбинирование турбулизаторов с оребрением поверхности или с закруткой потока, применение закручивающих устройств при течении суспензий, при кипении - использование турбулизаторов с пористыми покрытиями.
В результате систематических экспериментальных исследований теоретически обоснован и экспериментально подтвержден наиболее эффективный из известных на сегодня метод рациональной интенсификации процесса теплообмена. Он характеризуется условием

Ьгл УКе=1ёеш
Далее рассмотрим некоторые новые способы компоновки ТА и интенсификации теплообмена в них.
1.3.4.1. Поверхностные интенсификаторы теплообмена.
Рельефы из сферических выемок.
Повышенный интерес к использованию сферических выемок в качестве интенсификаторов теплообмена связан в основном с тем, что было замечено, что спортивные снаряды, имеющие на своей поверхности элементы шероховатости в виде канавок, траншей, выемок различной формы имеют тенденцию пролетать большее расстояние. В первую очередь это относится к мячу для гольфа, где отношение размеров (глубины, диаметра или другого поперечного размера) выемок к размеру (диметру) самого мячика имеют максимальное значение.
Большинство тел для полетов имеет профиль в соответствии с проектом или по своей природе с минимальным аэросопротивлением. Но мяч для гольфа должен иметь форму шара, так как он предназначен быть воздушным «пробойником», а не воздушным «ножом»! То есть, его аэросопротивление должно быть значительным. Воздух натекает на фронт шара, создавая высокую прижимную область, и обтекает его вокруг по всем сторонам. Однако отрыв потока от поверхности шара создает малый прижимной след. Комбинация высокого