Гидродинамика и теплообмен в каналах с поверхностными интенсификаторами при вынужденном движении теплоносителей

• Автор: Рыжков, Денис Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.14, 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 195 с. : ил.

Введение
ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА НА ПОВЕРХНОСТЯХ С ВЫСТУПАМИ И ВЫЕМКАМИ

РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ.

1.1. Сравнительный анализ теплогидравлической эффективности каналов с поверхностными интенсификаторами теплоотдачи различной формы.
1.2. Особенности гидродинамики и теплообмена на поверхностях со сферическими выемками.
1.3. Особенности гидродинамики и теплообмена на поверхностях с цилиндрическими выемками

1.4. Особенности гидродинамики и теплообмена на поверхностях с траншейными выемками

1.5. Исследование гидродинамики и теплообмена на поверхностях с выемками прочих форм

1.6. Постановка цели и задач исследования.

ГЛАВА 2. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОВЕДЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Экспериментальная установка для визуализации течения жидкости
2.1.1. Описание экспериментального стенда.
2.1.2. Методика визуализации течения
2.1.3. Методика обработки результатов экспериментов по визуализации течения
2.2. Экспериментальная установка для визуализации течения, тепловизионного исследования, исследования гидродинамики и теплоотдачи.
2.2.1. Описание экспериментального стенда.
2.2.2. Методика визуализации течения в каналах с интенсифицированными поверхностями.
2.2.3. Методика тепловизионного исследования интенсифицированных поверхностей.
2.2.4. Методика проведения экспериментов по исследованию теплоотдачи пластины
2.2.5. Методика обработки результатов измерений
2.2.6. Оценка погрешности результатов экспериментов
2.3. Экспериментальный стенд для исследования структуры течения
и гидродинамики канала с поверхностными интенсификаторами
2.3.1. Описание экспериментального стенда
2.3.2. Методика экспериментального исследования структуры течения и гидродинамики канала с поверхностными интенсификаторами .
2.3.3. Методика обработки экспериментальных данных.
2.3.4. Оценка точности эксперимента
2.4. Анализ результатов тестовых опытов
2.4.1. Тестовые опыты по тепловизионным исследованиям теплоотдачи на гладкой пластине
2.4.2. Тестовые опыты по гидросопротивленню и теплоотдаче
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ ОБТЕКАНИЯ ВЫЕМОК РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ.
3.1. Результаты визуализации обтекания одиночных и систем сферических выемок
3.1.1. Ламинарное безотрывное обтекание
3.1.2. Ламинарное обтекание выемки с присоединением потока.
3.1.3. Ламинарное течение без присоединения в выемке.
3.1.4. Турбулентное обтекание выемки.
3.1.5. Численное моделирование течения в канале со сферическими выемками.
3.2. Результаты визуализации обтекания цилиндрических выемок
3.2.1. Ламинарное безотрывное обтекание
3.2.2. Ламинарное обтекание выемки с присоединением потока.
3.2.3. Ламинарное обтекание выемки без присоединения потока
3.2.4. Турбулентное обтекание выемки без присоединения потока
3.3. Результаты визуализации обтекания траншейных выемок
3.3.1. Эволюция обтекания траншейных выемок относительной
глубины БсИ, 10,5 при угле натекания р .
3.3.2. Эволюция обтекания траншейных выемок относительной
глубины 0,10,5 при угле натекания р,5
3.3.3. Эволюция обтекания траншейных выемок относительной
глубины 0,10,5 при угле натекания ср
3.4. Карты режимов обтекания выемок различной формы в каналах.
3.5. Физическая модель обтекания выемок различной формы.
3.5.1. Ламинарное обтекание выемки с присоединением потока
3.5.2. Ламинарное течение без присоединения в выемке
3.5.3. Турбулентное обтекание выемки
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОСОПРОТИВЛЕНИЯ И ТЕПЛООТДАЧИ.
4.1. Исследование локальной теплоотдачи в окрестности сферических выемок.
4.2. Гидросопротивление и теплоотдача в каналах с цилиндрическими выемками
4.2.1. Гидросопротивление в каналах с цилиндрическими выемками
4.2.2. Теплоотдача в каналах с цилиндрическими выемками.
4.2.3. Теплогидравлическая эффективность в каналах с цилиндрическими выемками и рекомендации по практическому
использованию.
4.3. Результаты тепловизионного исследования локальной теплоотдачи в окрестности траншейных выемок.
Заключение
Список литературы


В работах , , приведены результаты сравнительной оценки эффективности промышленно перспективных интенсификаторов теплообмена, для чего использовалась относительная форма универсального критерия М. В. Кирпичева Е ЕЕГЛ , где Е ЗММ Ем энергетические коэффициенты интенсифицированного и гладкостенного каналов О, теплосъем и мощность прокачивания теплоносителя в канале температурный напор потокстенка. Канал с интенсификаторами и сами интенсификаторы, обладающие наилучшей из ряда вариантов теплогидравлической характеристикой Е тах, являются наиболее оптимальными эффективными. Сравнение наилучших вариантов для различных типов интенсификаторов реализовано с помощью графиков Еи1ал Яе, показанных для ламинарного и турбулентного течения в нестесненных каналах на рис. Сферические выемки линия на рис. Соответственно, достигнута повышенная эффективность канала с такими выемками Е 1,7 относительно гладкой трубы. Следовательно, сферические выемки вполне рационально использовать для интенсификации теплоотдачи при ламинарном течении теплоносителя. Выигрыш от уменьшения массы, габаритов и стоимости теплообменников очевиден. Рис. Оптимальные поперечные размеры сферических выемок составляют Ь10, линия . Для них в изученном интервале Яе02 ООО, вероятно, реализовалась картина обтекания выемки без присоединения основного потока ко дну выемки , . Оптимальные относительные размеры выемки к высоте канала составляют ЬЛ10,3. Вероятно, теплоотдача каналов с выемками значительно повышается в случае стесненных каналов. Н1. При этом для достижения повышенных значений ЫиЫи углубленная в стенку канала выемка может быть достаточно глубокой Ьс10,3. Рис. Для турбулентного режима течения в нестесненных каналах лишь в очень узком интервале чисел Яе качество мелких сферических выемок оказывается выше линия , рис. Мелкие выемки характеризуются примерно одинаковым увеличением теплоотдачи и сопротивления канала иКиглгл, только опытным линиям 7 и рис. ЫиЫигл,л. Крупные выемки заметно больше наращивают сопротивление канала по сравнению с теплоотдачей, поэтому их эффективность линия , рис. Оценка теплогидравлической эффективности интенсификаторов теплоотдачи в виде систем выемок других форм не производилась изза незначительного количества их исследований. Обширные обзоры по исследованиям гидродинамики и теплоотдачи в каналах и на поверхностях со сферическими выемками выполнены в работах , , ,,, , , , , , , , . Результаты визуализации позволили классифицировать режимы обтекания сферических выемок. В работе разработаны физические модели обтекания сферических выемок. Анализ работ по визуализации обтекания единичных сферических выемок и их систем позволяет выделить следующие основные режимы 1 ламинарное безотрывное обтекание, когда линии тока параллельны контуру выемки 2 ламинарное течение с присоединением потока в выемке 3 ламинарное течение без присоединения потока в выемке 4 турбулентное течение с присоединением потока в выемке 5 турбулентное течение без присоединения потока в выемке. В работе исследован конвективный теплообмен в полусферическом углублении при различных уровнях турбулентности набегающего потока при Кео ,2,1 4. Анализ результатов тепловых измерений показал, что локальные значения коэффициента теплоотдачи на поверхности углубления практически везде ниже значения перед углублением. Среднее арифметическое значение коэффициента теплоотдачи, вычисленное но всем экспериментальным точкам в углублении, составляет приблизительно от коэффициента теплоотдачи до углубления. В работе впервые обнаружено дополнительное существенное увеличение теплоотдачи до при переходе от условий гидродинамически стабилизированного течения в области выемки к течению на начальном участке канала. Значение прироста теплоотдачи зависит от относительной толщины пограничного слоя перед каверной и числа Рейнольдса и объясняется влиянием существующими наряду с крупномасштабными переключательными автоколебаниями мелкомасштабных автоколебаний, генерируемых в отрывном сдвиговом слое над каверной рис.