Исследование конвективного теплообмена и разработка методики расчета промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройств

• Автор: Усачев, Илья Александрович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Архангельск
• Количество страниц: 194 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. Современное состояние вопроса

2. Экспериментальные стенды для исследования аэродинамики и конвективного теплообмена в вертикальных циклонных нагревательных устройствах

2.1. Описание экспериментальных стендов

2.2. Методика измерений

2.3. Погрешности измерений

2.4. Программа исследований

3. Результаты исследования аэродинамики промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройств
3.1. Аэродинамика циклонного нагревательного устройства загруженного круглой цилиндрической заготовкой соосной с его рабочим объмом, особенности обтекания заготовки
3.2. Влияние смещения заготовки на аэродинамику циклонного нагревательного устройства и е обтекание
3.3. Влияние диаметра смещнной заготовки на аэродинамику циклонного нагревательного устройства и е обтекание
3.4. Аэродинамика циклонного нагревательного устройства загруженного группой заготовок садкой, расположенных симметрично оси его рабочего объма. Особенности обтекания заготовок
3.5. Влияние расхода газа на аэродинамику вертикальных циклонных нагревательных устройств
3.6. Обобщение опытных данных по аэродинамике вертикальных циклонных нагревательных устройств
4. Результаты исследования конвективного теплообмена в промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройствах
4.1. Теплоотдача на поверхности одиночной круглой цилиндрической зато
товки, соосной с аэродинамической осью циклонного потока
4.2. Местная и средняя теплоотдача на поверхности одиночной круглой цилиндрической заготовки, смещенной с аэродинамической оси циклонного потока
4.3. Влияние количества смещнных заготовок в группе садке на местную и среднюю теплоотдачу на их поверхности
Заключение
Список использованной литературы


Изучение зависимости основных параметров циклонного потока от Кпх (входного числа Рейнольдса Reex^AcPex/v) имеет важное практическое значение для исследования влияния режимных характеристик на гидродинамику циклонной камеры и определения параметров потока в неавтомодельной области течения [, ]. В работах Э. Н. Сабурова и С. В. Карпова [, , ] исследовалась аэродинамика циклонных камер в неавтомодельной области течения при сравнительно низких значениях входного числа Рейнольдса и различных значениях относительной шероховатости Ак. Анализ данных показал, что для гладкостенных циклонов даже при Renx>3,6*5 наблюдается лишь приближённая автомодельность течения, при этом степень приближённости зависит от геометрических параметров устройства. С., =5,6/Г rfirexp(-1. ORe^. TiDk - безразмерная площадь входа потока; dnhlx= dnux/DK - безразмерный диаметр выходного отверстия; LK= LK/DK - безразмерная длина рабочего объема циклонной камеры; ReBX=KDi4DK/vBX - число Рейнольдса; п = 0,6 - 0,4/вх + 0,9LK при dhUX = 0,2 и « = 0;3exp(0,5LK ~5,5/вх-6^вьк) при dBVtx = 0,3. В работе [] дано физическое объяснение закономерностей изменения суммарного коэффициента сопротивления циклона Свх с увеличением числа ReBX при различных значениях относительной шероховатости Дк. Дк-Ю2 - 1,). Свх от К. В настоящее время накоплено большое количество экспериментальных данных по аэродинамике циклонных камер, как для условий слабой изотермичности [, 5, 7], так и сильной, обусловленной сжиганием топлива непосредственно в их рабочем объёме [, , , 1]. В условиях слабой неизотермичности отмечено хорошее совпадение распределений скоростей и давлений с данными для изотермических условий течения. Основные особенности структуры циклонного потока сохраняются и при сжигании топлива в рабочем объеме камеры, но есть и отличия, определяемые полем температуры. Так изменение тангенциальной и аксиальной скоростей по радиусу при горении больше, чем для холодных продувок, наблюдается рост не только расходной, но и тангенциальной составляющей скорости. Для учёта влияния неизотермичности в работах Е. Д. Балуева и Ю. В. Троян-кина [8], Г. Тйу Гвых - абсолютные температуры газа адиабатическая (теоретическая) и на выходе из камеры; кт- коэффициент. Гк, то учет влияния неизотермич-ности может быть осуществлён при помощи комплекса ТъЛъ предложенный в работе [7]. Для интенсификации конвективного теплообмена и горения, понимания физической картины протекания рабочего процесса в циклонных нагревательных устройствах, большой интерес представляют экспериментальные данные о турбулентности циклонного потока. Неравномерные радиальные поля скоростей и давлений, возникающие при закрутке потока, способствуют интенсивному турбулентному перемешиванию среды. В работах Л. А. Вулиса и Б. П. Усгименко [] уделено внимание исследованию механизма турбулентного смешения в циклонных топочных камерах. В основу объяснения сложной картины движения газов положено понятие вращающейся полой турбулентной струн []. Было выяснено, что наиболее интенсивное смешение сосредоточено в центральной части камеры, особенно вблизи выходного сопла, где турбулентная струя значительно поджимается и вовлекает во вращение массы воздуха, притекающие в зоне обратных токов. Опыты, проведённые на моделях разного размера при различных значениях режимных параметров, подтвердили струйную схему движения потока в циклонной камере. Некоторые сведения о турбулентных характеристиках течения в циклонных камерах опубликованы в трудах Г. Ф. Кнорре [0]. Им было проведено исследование влияния места расположения входа воздуха, формы и диаметра выходного отверстия (сопла) на турбулентную структуру потока в циклонной камере. Опыты показали, что смещение местоположения входного шлица не вносит существенного изменения в закономерности распределения турбулентных характеристик потока по радиусу. Было также установлено, что выходная диафрагма (сопло) является турбулизатором и интенсификатором смесеобразования и процессов горения. Максимальные значения интенсивности турбулентности (-%) и абсолютных значений пульсаций обнаружены на границе разделяющей квазипотенциальную и квазитвёрдую зоны.