Содержание к диссертации
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 5
ВВЕДЕНИЕ 7
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Основные работы по исследованию продольно обтекаемых трубчатых поверхностей II
1.2. Метод интенсификации конвективного теплообмена посредством создания в потоке неоднородных полей давления 22
1.3. Постановка задачи исследования ." 26
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЕЙ СКОРОСТИ ВОЗДУХА В КАНАЛАХ С ПОМОЩШ ТЕРМИСТОРНЫХ ДАТЧИКОВ
2.1. Основные методы измерения скоростей воздуха 30
2.2. Установка для измерения скорости воздуха с помощью термисторных датчиков
2.3. Установка для тарировки термисторных датчиков 32
2.4. Оценка погрешности при тарировке термисторных датчиков 37
3. ИССЛЕЩОВАНЙЕ ВДРОДИНАМИКИ ТЕЧЕНИЯ В КАНАЛАХ С ПРОДОЛЬНО-ВОЛНИСТЫМ ОРЕБРЕНИЕМ
3.1. Экспериментальная установка и программа исследования • 42
3. 2. Исследование полей скорости в продольно-волнистых каналах
3.2.1. Поля скорости в каналах типа "диффузор " 45
3.2;2. Исследование взаимодействия межреберного и надреберного течений в каналах с продольно волнистым оребрением
3.2.3. Влияние размера надреберной зоны на гидродинамику течения в канале о продольно-волнистым оребрением 60
3.2.4. Гидродинамика течения в канале о двухсторонним оребрением 71
3.3. Исследование распределения статического давления по длине каналов с продольно волнистым оребрением 75
З.4 ; Исследование распределения статического давления по высоте ребер 81
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛООТДАЧИ В КАНАЛЕ С ПРОДОЛЬНО-ВОЛНИСТЫМ ОРЕБРЕНИЕМ
4.1. Методы определения локальных коэффициентов теплоотдачи 86
4.2. Метод определения локальных коэффициентов теплоотдачи, основанный на решении задачи нестационарной теплопроводности • 90
4.3. Экспериментальная установка и методика проведения эксперимента • 93
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА И СОПРОТИВЛЕНИЯ ТРУБНЫХ ПУЧКОВ С ПРОДОЛЬНО-ВОЛНИСТЫМ ОРЕБРЕНИЕМ ПРИ ДВИЖЕНИИ ВОЗДУХА
5.1. Экспериментальная установка. Техника измерений в эксперименте 105
5.2. Методика эксперимента и обработка опытных данных ИЗ
5.3. Опытные данные по теплообмену и сопротивлению и их анализ 122
5.4. Сравнительная оценка эффективности трубных пучков
с продольно-волнистым оребрением 124
ВЫВОДЫ 134
ЛИТЕРАТУРА 136
ПРИЛОЖЕНИЯ:
1. Геометрические характеристики исследованных пучков 143
2. Экспериментальные данные по теплообмену и сопротивлению... 144
3. Экспериментальные данные по исследованию локальных коэффициентов теплоотдачи 151
4. Программа расчета локальных коэффициентов теплоотдачи 163
5. Авторское свидетельство 166
6. Оценка погрешностей в эксперименте 168
7. Результаты внедрения .1
Введение к работе
Трубные пучки с продольным оребрением для нагревания (охлаждения) газов обладают рядом несомненных достоинств и в настоящее время находят широкое применение в различных областях техники. Задача повышения эффективности трубных пучков с продольным оребрением, то есть уменьшение их массы, габаритов, а также снижение эксплуатационных затрат на продвижение теплоносителей, имеет большое народнохозяйственное значение. Этим обусловлена необходимость разработки и исследования новых поверхностей теплообмена, отличающихся повышенной эффективностью по сравнению с используемыми в настоящее время в промышленности. Оптимизация геометрических параметров теплообменных устройств возможна только на основе изучения гидродинамики течения - полей скорости и давления, а также локальных коэффициентов теплоотдачи. Наличие оребрения и относительно небольшие эквивалентные диаметры современных теплообменных аппаратов ограничивает применение известных устройств для измерения скорости газовых потоков. Возникает задача разработки простого и надежного метода измерения скорости в каналах сложной формы.
В настоящее время отсутствует современная методика определения локальных коэффициентов теплоотдачи на оребренных поверхностях теплообменников. Возникает потребность в экспериментальной проверке применимости методики определения локальных коэффициентов теплоотдачи, основанной на численном решении уравнений нестационарной теплопроводности, для оребренных поверхностей теплообменников.
Решение указанных проблем является в настоящее время весьма актуальным.
Настоящая работа посвящена разработке и исследованию тепло-обменных поверхностей с продольно-волнистым оребрением и созданию высокоэффективных трубчатых теплообменников.
Диссертация состоит из пяти глав, выводов и приложений.
В первой главе рассматриваются основные работы по исследованию теплообмена и сопротивления известных продольно-обтекаемых поверхностей теплообмена, метод интенсификации конвективного теплообмена посредством создания в потоке неоднородных полей давления. Приводится описание конструкций разработанных трубных пучков с продольно-волнистым оребрением. Сформулирована задача исследо-вания.
Вторая глава посвящена разработке методики измерения абсолютных значений скорости в газовых потоках с помощью полупроводниковых датчиков. Проведена оценка точности измерения скорости по разработанной методике.
В третьей главе приводятся результаты изучения основных особенностей гидродинамики течения в каналах с продольно-волнистым оребрением, распределения полей скоростей и давления. Описана физическая модель возникновения обменных процессов между над- и межреберными областями течения.
В четвертой главе приводятся результаты разработки и экспериментальной проверки применимости методики определения локальных коэффициентов теплоотдачи для оребренных поверхностей теплообменников на основе решения уравнений нестационарной теплопроводности. Описана экспериментальная установка. Приводится конечно-разностная схема уравнений нестационарной теплопроводности, результаты исследования локальных коэффициентов теплоотдачи.
Пятая глава посвящена исследованию теплообмена и сопротивления трубных пучков с продольно-волнистым оребрением при движении воздуха. Описана экспериментальная установка, методика обработки и обобщения опытных данных. Проанализирован экспериментальный материал. Проведена сравнительная оценка эффективности исследованных элементов, сопоставление трубных пучков с продольно-волнистым оребрением с другими типами продольно-обтекаемых поверхностей. Подучены обобщенные расчетные зависимости до теплообмену и сопротивлению В приложении приведены подробные таблицы с первичными экспериментальными данными, программа раочета локальных коэффициентов теплоотдачи на ЭВМ, оценка погрешностей данных экспериментальных исследований.
Научная новизна работы. Установлено, что теоретически обоснованные воздействия на микро- и макроструктуру потока позволяют создать в каналах с продольно-волнистым оребрением благоприятную гидродинамическую обстановку для интенсификации конвективного теп-лообмена.
Создана простая и надежная методика измерения абсолютных значений скорости в потоках газа.
Численный метод определения теплового состояния элементов конструкций, основанный на решении задач нестационарной теплопроводности, применен для разработки методики определения локальных коэффициентов теплоотдачи оребренных поверхностей теплообменников; Получено распределение локальных коэффициентов теплоотдачи в канале с продольно-волнистым оребрением.
Получены опытные данные по теплообмену и сопротивлению трубных пучков с продольно-волнистым оребрением при движении воздуха, позволившие разработать поверхность, отличающуюся повышенной эффективностью.
Автор защищает:
1. Методику измерения абсолютных значений скорости при течении воздуха в каналах сложной формы.
2. Результаты исследования гидродинамики: профилей скорости, распределений статического давления, физическую модель течения в каналах с продольно-волнистым оребрением.
3. Результаты исследования локальных коэффициентов теплоотдачи в каналах с продольно-волнистым оребрением.
4. Опытные данные по теплообмену и сопротивлению трубных лучков с продольно-волнистым оребрением, обобщенные зависимости для теплового и гидродинамического расчетов; сравнительную оценку эффективности лучков с продольно-волнистым оребрением с другими типами оребрения.