Экспериментальное исследование влияния геометрической формы кольцевых турбулизаторов на интенсификацию теплообмена в трубах

• Автор: Щербаченко, Иван Константинович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 174 с.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

Ср - теплоемкость, Дж/кг К;

£> - внутренний диаметр трубы, м;

- наружный диаметр трубы, м;

Д> - наружный диаметр кольцевого канала, м;

с1 - диаметр диафрагм, м;

йн- диаметр кольцевых канавок, м;

с1э- эквивалентный диаметр кольцевого канала, м;

Е,- проходное сечение канала для газа, м2;

С - расход, кг/с;

/г - глубина канавки, высота кольцевого выступа, м;

К - коэффициент теплопередачи, Вт/м2 К
К.1 - константа, — ■ 4к I Па;

I - длина участка теплообмена, м;
1давл - расстояние между отборами давления, м;
Ш - число Нуссельта;
Р - давление, Па;
Р1 - среднее давление газа на экспериментальном участке, Па Артр - потеря давления на трение, Па;
Ар/, - перепад давления по газовой стороне, Па;
Рг - число Прандля;
<2 - тепловой поток, Вт;
/? - радиус закругления турбулизатора, м;
К. - газовая постоянная, Дж/кг К;
Ее - число Рейнольдса;
5 - шаг винтовой линии, м;
Т - температура, К;
г-шаг размещения турбулизаторов, м; х - продольная координата, м;
а- коэффициент теплоотдачи, Вт/м2 К;
8 - относительная погрешность;
X - теплопроводность, Вт/м К;
4 - коэффициент гидравлического сопротивления;
|Л - динамическая вязкость, Н-с/м2; р - плотность, кг/м3;
^11 отношение числа Нуссельта в трубе с турбулизаторами и в гладкой

трубе при одинаковых числах Ке;

- отношение числа Нуссельта в трубе с турбулизаторами и в гладкой трубе при КЮ=0.1 при одинаковых числах Яе;

отношение коэффициентов гидравлического сопротивления для трубы с

турбулизаторами и для гладкой трубы при одинаковых числах Яе
- отношение коэффициентов гидравлического сопротивления для трубы

с турбулизаторами и для гладкой трубы при одинаковых числах Ке и Д/£>=0.1.
Индексы:
8- газ;
I - жидкость;
п - поток;
ст — стенка;
гл - гладкий;
тр - трение;
к - кольцевой канал;
1 - вход;
2 - выход.
Введение

СОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор различных методов интенсификации теплообмена в трубах
1.1. Периодические кольцевые выступы
1.2. Закрутка потока в трубах с помощью винтовых вставок
1.3. Каналы со спиральными выступами и пружинными вставками
1.4. Трубы с продольными внутренними рёбрами
1.5. Криволинейные каналы (спиральные, змеевиковые)
1.6. Витые трубы
1.7. Подмешивание к потоку жидкости газовых пузырей
1.8. Воздействие на поток электростатических полей
1.9. Вибрация поверхности теплообмена
1.10. Наложение на вынужденное течение пульсаций давления
1.11. Интенсификаторы типа диффузор - конфузор
1.12. Нанесение на поверхность теплообмена сферических лунок
1.13. Применение пористых вставок
1.14. Струйное натекание теплоносителя на поверхность
1.15. Комбинированные способы интенсификации теплообмена
1.16. Сравнение эффективности различных способов интенсификации
теплообмена в трубах
Выводы по обзору различных способов интенсификации
2. Методика исследования и экспериментальная установка
2.1. Постановка задачи исследования
2.2 Методика исследования
2.3. Экспериментальная установка
2.4. Схема измерений
Характерной особенностью данного случая течения является то, что закрутка генерируется по всей длине пучка, поэтому в среднем структура потока на некотором расстоянии от входа стабилизируется. Это приводит к стабилизации в среднем коэффициентов теплоотдачи, гидравлического сопротивления и перемешивания, хотя по периметру такого сложного по форме канала, каким является пучок витых труб, коэффициент теплоотдачи может и изменятся.
Течение в пучке витых труб является пространственным, т.е. наряду с продольной составляющей вектора скорости здесь имеют место поперечные составляющие скорости, которые значительно увеличивают интенсивность межканального перемешивания в пучке. Высокий уровень турбулентности потока, конвективный перенос в масштабе ячейки и организованный перенос в масштабе диаметра пучка благодаря спиральной закрутке потока витыми трубами являются механизмами, определяющими особенности поперечного перемешивания потока в пучке по сравнению с явлениями переноса в круглой прямой трубе.
Наиболее важным геометрическим параметром пучка витых труб является шаг закрутки лопастей 5, отнесенный к максимальному размеру овального профиля трубы D. Этот параметр в значительной степени определяет интенсивность поля центробежных сил в пучке и особенности процессов теплообмена и перемешивания теплоносителя. Оптимальный относительный шаг закрутки S/D определяется из условия обеспечения максимальной интенсификации этих процессов при приемлемых значениях коэффициентов гидравлического сопротивления пучка. При этом оказывается возможным создать достаточно компактные теплообменные аппараты с витыми трубами. Решение актуальной проблемы интенсификации процессов конвективного теплообмена и перемешивания за счет замены круглых труб витыми трубами овального профиля позволяет не только уменьшить габаритные размеры и массу теплообменных аппаратов, их металлоемкость и стоимость, но и снизить неравномерность температур по