Интенсификация конвективного теплообмена : Оценка энергетической эффективности процесса теплопередачи конвективных поверхностей; экспериментальное измерение теплоаэродинамических характеристик в шахматных пучках высокой эффективности

• Автор: Лавров, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.14.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 173 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Основные обозначения

Введение

1. Обзор литературы и задачи исследования

1.1. Методы сравнительной количественной оценки энергетической эффективности конвективных поверхностей нагрева

1.2. Повышение эффективности трубчатых поверхностей нагрева

1.3. Задачи исследования

2. Метод расчета энергетической эффективности теплообменных аппаратов из гладкотрубных и оребренных пучков труб и аппаратов из профильных листов (пластинчатые теплообменники). Сопоставление гладкотрубных и оребренных пучков в случае «двустороннего» и «одностороннего» обтекания поверхности нагрева

2.1. Метод расчета энергетической эффективности гладкотрубных пучков

2.2. Метод расчета энергетической эффективности оребренных пучков

2.3. Определение энергетической эффективности гладкотрубных и оребренных пучков. Сопоставление гладкотрубных и оребренных пучков
2.4. Метод расчета энергетической эффективности теплообменных аппаратов из профильных листов (пластинчатых теплообменников). Расчет энергетической эффективности
3. Экспериментальное исследование теплоаэродинамических характеристик в сверхтесных шахматных пучках
3.1. Методика исследования теплоотдачи и аэродинамического сопротивления
3.2. Опытный участок
3.3. Схема экспериментальной установки
3.4. Методика обработки опытных данных
3.5. Измерения в тепловых и аэродинамических опытах
3.6. Тарировочные опыты
3.7. Анализ и обобщение опытных данных по теплоотдаче
3.8. Анализ и обобщение опытных данных по сопротивлению
3.9. Сопоставление полученных результатов с данными других авторов
Заключение
Список литературы
Приложения

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
- коэффициент энергетической эффективности по площади поверхности теплообмена;
Кд=(22/<2і - коэффициент энергетической эффективности по количеству
передаваемого тепла;
- коэффициент энергетической эффективности по мощности, затрачиваемой на прокачку теплоносителя;
Р - площадь эталонной и исследуемой поверхностей, м2;
Q - количество передаваемого тепла в эталонной и исследуемой по-
верхностях, Вт;
N — мощность затрачиваемая на прокачку теплоносителя в эталонной
и исследуемой поверхностях, Па;
С] — массовый расход теплоносителя, кг/с;
q — плотность теплового потока, Вт/м2;
а - коэффициент местной и средней теплоотдачи, Вт/(м2К);
к — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К);
АР - перепад давлений, Па;
- наружный диаметр труб, м; с1ш - внутренний диаметр труб, м;
а = — - относительные поперечный шаг труб пучка;

<4 - эквивалентный диаметр канала для прохода теплоносителя, м;
X - число рядов труб в поперечном и продольном направлениях пучка
труб;
і - длина труб, м;
ВхЬ - поперечное сечение пучка, м2;
С,о - коэффициент сопротивления пучка;
С, - коэффициент сопротивления;
Бе = - число Рейнольдса;

1¥с1э
Ко, = - эквивалентное число Рейнольдса;

- число Нуссельта;
Рг - число Прандтля;
Ей = ——г — число Эйлера;
- относительные продольный шаг труб пучка;
- показатель степени в формуле для теплоотдачи;
- показатель степени в формуле для сопротивления;

Съ - поправочный коэффициент, учитывающий влияние числа рядов
труб;
С$ - поправочный коэффициент, учитывающий влияние относитель-
ных шагов труб;
Ср - поправочный коэффициент, учитывающий сопротивление;
Ч'р - коэффициент оребрения;
рр - коэффициент растечки тепла;
Е - коэффициент эффективности ребра;
X - коэффициент теплопроводности, Вт/(мК);
р — коэффициент динамической вязкости среды, Па' с;
V — коэффициент кинематической вязкости среды, м2/с;
IV - скорость теплоносителя в наименьшем проходном сечении, м/с;
р — плотность рабочей среды, кг/м2;
t — температура, °С;
А/ — температурный напор, °С.
Индексы
1 — эталонная поверхность теплообмена;
2 - исследуемая поверхность теплообмена; в — воздух;
пс - продукты сгорания;
пот — потери;
соп -сопло;
пуч - пучок;
гор -горячий;
вн - внутренний;
3 — эквивалентный; эл - электрический; ст — стенка;
ж - жидкость; вх - вход; вых — выход; г — номер ряда.

емся к п. 2 и повторяем алгоритм расчета с новым (уточненным) значением К„.
Описанный выше алгоритм представлен в виде программного модуля на языке ВА81С. Текст программы приведен в приложении (П. 1 .) По данному алгоритму проводился анализ энергетической эффективности теплообменного аппарата состоящего из гладкотрубного шахматного пучка, в котором холодный теплоноситель (воздух) поперечно омывает пучок, а горячий (продукты сгорания) продольно движется внутри труб, в зависимости от геометрических факторов (шаг расположения и диаметр труб). Аналогом такого теплообменника может служить воздухоподогреватель энергетического парового котла, а также экономайзер, в котором горячий теплоноситель (продукты сгорания) поперечно омывает пучок, а холодный (питательная вода) продольно движется внутри труб.
Следует заметить, что расчет экономайзера относится к случаю «одностороннего» обтекания поверхности теплообмена, так как термическое сопротивление теплоотдачи со стороны питательной воды имеет малое значение, в то время как основное термическое сопротивление наблюдается со стороны продуктов сгорания. Следовательно (и пренебрегая термическим сопротивлением теплопроводности материала стенок труб пучка) коэффициент теплопередачи примерно равен коэффициенту теплоотдачи со стороны продуктов сгорания.
В случае расчета воздухоподогревателя коэффициенты теплоотдачи со стороны холодного и со стороны горячего теплоносителя имеют, примерно, одинаковый порядок и здесь имеет место двустороннее обтекание поверхности нагрева.
• Алгоритм расчета гладкотрубных пучков по Кд
Алгоритм составлен по той же схеме, которая приведена в п. 2.1. Кд=02/>1 определяется при условии, что Кр=Р2/Р,= 1 и Кьг=Ыг1Ы= 1.
1. Определяем отношение Z22/Z21 по (2.10) при Л)г
г2,2 =(а2- 01 2,1 (а1 “ 0 2
'рш,2 (2;2

I +1
2+ив

2+тв
2. Определяем отношение сопряженных чисел Рейнольдса 11ев 2 /11ев, по (2.2)

рв,2 {%2,2 + О
СНВ.1 4 (22,1 + О

2+«в,2 -

2+“в,2
3. Определяем отношения

по (2.19)