Повышение энергетической эффективности пучков гладких труб и профилированных каналов для газо-жидкостных теплообменных аппаратов энергетических установок

• Автор: Анисин, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 380 с. : ил.

Введение
Глава. Интенсификация теплоотдачи при отрывных течениях. Эффективность теплообмена в поперечно обтекаемых пучках труб и профилированных каналах
1.1. Общие принципы и методы интенсификации теплоотдачи трубчатых и пластинчатых поверхностей
1.2. Основные направления программы исследований возможности повышения тепловой эффективности поперечно обтекаемых трубчатых и пластинчатых поверхностей теплообмена с двухсторонними сфероидальными элементами
Глава 2. Моделирование процессов теплообмена и методика экспериментальных исследований теплогидродинамических характеристик трубчатой и пластинчатой конвективных поверхностей.

2.1. Предварительные замечания к выбору метода исследовании.

2.2. Математическая формулировка задачи исследовании и обобщнные переменные процесса теплоотдачи в каналах опытных компоновок конвективных поверхностей теплообмена.

2.3. Объекты экспериментальных исследований.

2.3.1. Пучки гладких труб одинакового диаметра с с квадратной и треугольной разбивкой с различными схемами расположения ср уаг
2.3.2. Пучки шероховатых труб одинакового диаметра с с квадратной разбивкой и различными схемами расположения ср уаг
2.3.3. Симметричный коридорный пучок гладких труб диаметром с, с различными схемами размещения в его ячейках цилиндрических стерэснейтурбулизаторов диаметром с2 уаг с 2 ,
2.3.4. Комбинированные пучки труб разных диаметров с, и с 2 с 2 с, с различными схемами расположения ср уаг.
2.3.5. Симметричные коридорные пучки труб с разной формой поверхности и тотностыо компоновки
2.3.6. Модели трубных пучков для исследования локальных теплоаэродинамических характеристик в условиях изменения ориентации их элементов ср уаг.
2.3.7. Модели симметричных коридорных пучков труб с разновеликими цилиндрическими участками поверхности для исследования локальных характеристик тетюотдачи и сопротивления.
2.3.8. Модели тшетинчатых тетю обменников с профшшрованными каналами
2.4. Методика экспериментального исследования теплообмена в поперечно обтекаемых пучках труб и профилированных каналах пластинчатых теплообменников
2.4.1. Моделирование процессов теплообмена.
2.4.2. Экспериментальная установка.
2.4.3. Методика обработки опытных данных
2.4.4. Тестовые эксперименты и их анализ.
2.4.5. Оценка погрешности при проведении экспериментальных исследований.
2.5. Методика теплового расчта кожухотрубного теплообменного аппарата
Глава 3. Анализ теплолэродинамических характеристик пластинчатой поверхности с однородными двухсторонними сфероидальными элементами рельефа в.условиях изменения угла с ориентации относительно направления потока теплоносителя
3.1. Результаты исследований и анализ характеристик пластинчатой поверхности с шахматной схемой расположения сфероидальных выступов и впадин.
3.2. Анализ характеристик пластинчато поверхности с коридорной схемой расположения сфероидальных выступов и впадин.
3.3. Теплоаэродпнамические характеристики пластинчатой поверхности с промежуточными между шахматной и коридорной схемами расположения сфероидальных выступов и впадин
3.4. Влияние режимных и геометрических факторов на тсплоазродинамические характеристики и тепловую эффективность, пластинчатой поверхности со сфероидальными элементами рельефа в условиях изменения угла ее ориентации относительно направления потока.
Глава 4. Интенсификация теплообмена в каналах различных компоновок пластинчатой поверхности с двухсторонними сфероидальными элементами рельефа.
4.1. Влияние геометрических параметров сфероидальных элементов рельефа и схемы их расположения на тепловую эффективность пластинчатой поверхности теплообмена.
4.2. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление компоновок поверхности теплообмена из плоских и профильных пластин с шахматным и коридорным расположением сфероидальных элементов.
4.3. Теплоаэродпнамические характеристики компоновок поверхности теплообмена из профильных пластин с коридорным расположением однородных сфероидальных выступов и впадин с разными проходными сечениями каналов для смежных теплоносителей
4.4. Относительные теплоаэродинамические характеристики и энергетическая эффективность различных компоновочных вариантов пластинчатой поверхности теплообмена.
Глава 5. Повышение эффективности теплоотдачи поперечно обтекаемых пучков
гладких труб.
5.1. Анализ теплоаэродинамических характеристик поперечно обтекаемых пучков гладких труб с различной геометрией в условиях изменения их ориентации
относительно направления потока теплоносителя.
5.2 Локальные характеристики теплоотдачи и коэффициента давления поперечно обтекаемых пучков цилиндрических труб одинакового диаметра в условиях изменения угла их ориентации 1,
5.3. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление поперечно обтекаемых пучков шероховатых труб в условиях изменения их ориентации относительно направления потока теплоносителя
5.4. Турбулизирующес влияние гладких круговых цилиндрических элементов па интенсификацию теплообмена симметричного коридорного пучка труб.
5.5. Эффективность теплоотдачи поперечно обтекаемых комбинированных пучков труб с различными схемами расположения элементов поверхности
5.6. Теплоотдача, и аэродинамическое сопротивление поперечно обтекаемых симметричных коридорных пучков гладких труб с разповеликимицилиндрическими участками поверхности.
5.7. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление поперечно обтекаемых симметричных коридорных пучков гладких труб с конической поверхностью
5.8. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление поперечно обтекаемых симметричных коридорных пучков гладких труб с коническоцилиндрическими участками поверхности6.
5.9. Оценка эффективности опытных трубчатых поверхностей теплообмена.
5 Локальные и средние характеристики теплоотдачи и сопротивления модельных
малорядных пучков труб постоянного и переменного сечения
5.1. Оцснкаэффективности кожухотрубного теплообменного аппарата с опытной трубчатой поверхностью теплообмена
Основные результаты работы.
Список литературных источников


Результаты исследований теплообмена в различных каналах пластин с непрерывными турбулизаторами в виде наклонных гофр в лку приведены в работах Н. В. Барановского и Л. М.Коваленко с соавторами 9, 9, 0, 7, характеристики пластинчатой гофрированной поверхносш Френкеля представлены в работах А. М.Тихонова 7, А. Н.Аитонова с соавторами 8. Исследования теплоотдачи и аэродинамического сопротивления поверхности в виде листового профиля волнистого типа с мелкозернистыми сферическими выступами представлены в работе Л. Г.Гсльфснбсйна 9. Вопросы конструкции, технологии производства и расчта пластинчатых теплообменных аппаратов достаточно полно рассмотрены в 4, . По материалам указанных работ в табл. На рис. С а Л . Как видно на рис. I 4, 6,. И и проходного сечения каналов с различной конфигурацией, наибольшей тепловой эффективностью обладает поверхность канала 1с контактирующими сфероидальными выступами. Положение па графике характеристики тепловой эффективности гладкого трубчатого канала с внутренним диаметром с 2, с1э свидетельствует о значительно меньшей его энергетической эффективности в сравнении с эффективностью профилированных каналов опытных. В расчтах указанных характеристик в качестве теплоносителя был принят воздух СОсредней температурой С и давлением 0,1 МПа . Точность рассмотренного сопоставления соо тветствует достоверности и точности уравнений подобия теплоотдачи и сопротивления перечисленных поверхностей. Результаты выполненного сравнения, а также многочисленные литературные экспериментальные данные показывают, что эффективность теплообмена различных пластинчатых поверхностен нагрева определяется размерами, формой и взаимным расположением их профильных элементов. Причм в каналах с разнообразным регулярным рельефом превалирует механизм внешнего или поперечного обтекания. Исследование характеристик профильной пластинчатой поверхности теплообмена с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами ,3 рис. Таблица 1. Форма и геометрия поверхности теплообмена Теплогидродинамические характеристики опытных поверхностей
1 И 4, мм, 1 мм, , 0 мм Ни ь 0,4 Яе0, Ей ,1е0, ЧеИ 0,,1 . И 4,4 мм, мм , мм , с 8,8 мм , , 0 мм Ии 0,Яе2, Ей 8 Яе 0 , Яе 4 3. И 4, мм, у мм, 2 мм, с0 8,9 мм ,Ь 2 т, Ь м, где т число выступов по ходу потока Л0 Ни 0,5 Яеои, Ей 0. Ле 4 3. И 4 мм, мм ,Ь 1м Ии 0,Яе0, С НПО 1 Ей 8,5 . Яе 4 ПО3. ВлБЛв АА ББ и ВВ И 3,2 мм, , 5,4мм,пр 0,м, , мм, 2 ,5 мм Ни 0,5 3 0 , Ей 0 , 0,2 3. А, , А АА ББ г 4 мм, 8 мм, 1, м, , мм, 2 6,2 мм Ни 0,5 3 3, 2, 0, 3. А 6 мм, 3 мм, ,v 0, л, мм, ,4 мм 0,6 1 0 , 4 0 . I3. I I 5. I8, , , 4. Для оценки возможности их использования возникает необходимость изучения гидродинамических и тепловых характеристик каждой конкретной поверхности. Различные теоретические модели турбулентности и методы расчета сложных турбулентных течений также нуждаются в обычной эмпирической информации по взаимодействию потока с трхмерными элементами шероховатости, основанной на наджных экспериментальных данных. Профильные сфероидальные элементы опытной пластинчатой поверхности не ограничиваются только функцией турбулизирующего воздействия макрошероховатости на поток теплоносителя. Их конструктивное назначение состоит и в создании равномерной сетки опорных точек между смежными пластинами, формирующими сложную геометрию каналов, реализующих условия не только внутренней задачи продольного течения, но и внешнего поперечного обтекания потоками с различными давлениями горячего и холодного теплоносителей сфероидальных контактирующих выступов. Непрерывно изменяющаяся кривизна поверхности порождает сложное градиентное течение потока с разномасштабными турбулентными пульсациями, характерными для трхмерных образований. При этом управляющее воздействие на структуру пристенного слоя при турбулентном течении жидкости заключается в реализации эффекта одновременного зеркального взаимодействия потока в одном случае с поверхностью сфероидальных выступов и создании пристенных отрывных зон, в другом с поверхностью сфероидальных впадин антивыступов и генерировании в них турбулентных вихревых структур.