Содержание к диссертации
Введение
1. Контактное термическое сопротивление и его влияние на передачу теплоты в биметаллических ребристых трубах 11
1.1. Термические сопротивления при теплообмене в биметаллических ребристых аппаратах 11
1.2. Оценка промышленных образцов биметаллических ребристых труб, их преимущества и недостатки 20
1.3. Биметаллические ребристые трубы отечественного производства 25
1.4. Контактное термическое сопротивление в биметаллических ребристых трубах 27
1.5. Контактный теплообмен в телах цилиндрической геометрии 35
1.6. Выводы 39
2. Факторы, влиящие на контактный теплообмен в биметаллических ребристых трубах 41
2.1. Постановка задачи исследования 41
2.2. Контактный теплообмен при наличии контактного давления между несущей трубой и ребристой оболочкой 42
2.2.1. Зависимость контактного давления от температуры 42
2.2.2. Способы расчета контактного термического сопротивления между двумя соприкасающимися поверхностями 46
2.2.3. Ориентировочные значения контактного термического сопротивления для биметаллических реб-ристых труб с накатным спиральным оребрением 54
2.3. Контактный теплообмен при отсутствии контактного давления между несущей трубой и ребристой оболочкой. 58
2.3.1. Передача теплоты через кольцевой зазор между несущей трубой и ребристой оболочкой 58
2.3.2. Влияние некояцентричности расположения несущей трубы и ребристой оболочки на передачу теплоты 62
2.4. Влияние геометрии зоны контакта на передачу теплоты через цилиндрические стенки биметаллической ребристой трубы 65
2.4.1. Постановка задачи и способы исследования процессов теплопроводности в сложных системах тел 65
2.4.2. Решение двухмерной задачи передачи теплоты через цилиндрические стенки биметаллической ребристой трубы 70
3. Экспериментальное исследование контактного термического сопротивления 93
3.1. Формулировка задачи исследования 93
3.2. Экспериментальная установка 94
3.3. Методика проведения эксперимента, обработки опытных данных и оценка погрешности измерений. 101
3.4. Результаты экспериментов и их анализ 103
4. Рекомендации по практическому пршенению результатов исследовании 126
4.1. Оптимальная методика теплового расчета теплообменников из биметаллических ребристых труб. 126
4.2. Анализ эффективности некоторых способов снижения контактного термического сопротивления в биметаллических ребристых трубах 134
Заключение 143
Литература 147
Приложения 155
- Оценка промышленных образцов биметаллических ребристых труб, их преимущества и недостатки
- Способы расчета контактного термического сопротивления между двумя соприкасающимися поверхностями
- Решение двухмерной задачи передачи теплоты через цилиндрические стенки биметаллической ребристой трубы
- Анализ эффективности некоторых способов снижения контактного термического сопротивления в биметаллических ребристых трубах
Введение к работе
Высокая тепловая эффективность и, как. следствие, низкая металлоемкость теплообменников с развитыми поверхностями обеспечили их широкое применение в авиационной и космической технике, твэлах ядерных реакторов, устройствах прямого преобразования энергии, системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха, химической и нефтехимической промышленности, энергетических котлах и котлах-утилизаторах, промышленных печах и теплообменниках и т.д.
Аппараты с ребристыми трубами являются одним из самых распространенных типов теплообменников с развитыми поверхностями. Из всех видов ребристых труб наиболее перспективными в настоящее время являются биметаллические ребристые трубы со спиральным оребрением. Такие биметаллические ребристые трубы нашли широкое применение в аппаратах воздушного охлаждения (АВО) химической и нефтехимической промышленности и АВО газоперекачивающих компрессорных станций магистральных газопроводов. Применение АВО позволяет успешно решать не только производственно-технические задачи в условиях острого дефицита пресной воды на охлаждение, но и экологические задачи, связанные с загрязнением водоемов вредными веществами.
Алюминий является основным материалом для изготовления оребрения вследствие высокой коррозионном стойкости и теплопроводности и небольшой стоимости. Однако осуществить соединение алюминиевых ребер с несущей трубой при помощи пайки или сварки чрезвычайно трудно, поэтому в настоящее время широко применяются биметаллические ребристые трубы, у которых контактирование несущей трубы и оребрения осуществляется за счет механического натяга, получаемого в процессе их изготов-
ления. В зоне контакта таких ребристых труб возникает контактное термическое сопротивление (КТО), недостаточно изученное в настоящее время.
Актуальность проблемы:
В настоящее время наметилась тенденция увеличения отношения поверхности оребрения к внутренней поверхности несущей трубы и интенсификации теплоотдачи от ребер за счет применения оптимальных компоновок труб в пучке и турбулизации потока охлаждающего газа путем разрезки и отгибки концов ребер. Это приводит к тому, что плотность теплового потока через зону контакта биметаллической ребристой трубы достигает больших величин (порядка 100*10 Вт/м ). В этих условиях КТО оказывает значительное влияние на теплообмен, его значение соизмеримо, а в ряде случаев превосходит значения термических сопротивлений цилиндрических стенок биметаллической ребристой трубы и термического сопротивления теплоотдачи от теплоносителя к внутренней стенке трубы.
Кроме того, помимо теплообменников, работающих при низких температурах, например в системах кондиционирования, биметаллические ребристые трубы находят в настоящее время широкое применение в газотурбинных установках, энергетических котлах и котлах-утилизаторах, т.е. устройствах, температура стенки ребристой трубы в которых может достигать 200С и выше. Хотя из литературных источников известно, что с увеличением температуры стенки биметаллической ребристой трубы КТО возрастает, данные о значениях КТО при повышенных теїлпературах практически отсутствуют.
Несмотря на то, что, как отмечалось выше, КТО в биметаллических ребристых трубах оказывает значительное влияние на теплообмен, из имеющихся литературных источников не ясна фи-
зическая картина процесса передачи теплоты от наружной поверхности несущей трубы к внутренней поверхности ребристой оболочки.
В зоне контакта биметаллической ребристой трубы могут иметься пустоты, расположенные на внутренней поверхности ребристой оболочки под ребрами, однако в настоящее время влияние этих пустот на теплообмен не изучено. Важность исследования данного вопроса обусловлена тем, что эти пустоты возникают не только вследствие нарушения технологического процесса накатки ребер, но и неизбежно образуются в том случае, когда в целях экономии металла толщину цилиндрической части ребристой оболочки делают небольшой.
Цель настоящей работы состоит в теоретическом и экспериментальном исследовании контактного теплообмена в биметаллических ребристых трубах и разработке рекомендаций по его интенсификации.
Для достижения поставленной цели необходимо:
проанализировать тлеющиеся теоретические и экспериментальные данные по контактному теплообмену в биметаллических ребристых трубах и телах цилиндрической геометрии и выявить основные факторы, влияющие на КТС;
получить теоретические зависимости для расчета КТО;
разработать и обосновать математическую модель процесса передачи теплоты через цилиндрические стенки биметаллической ребристой трубы, тлеющей пустоты в зоне контакта;
провести экспериментальные исследования КТО в биметаллических ребристых трубах для накопления опытных данных, полезных в практических расчетах, и выяснения физической картины процесса передачи теплоты в зоне контакта;
-ІО-
дать практические рекомендации.
Научная новизна работы заключается в том, что:
впервые предложено рассматривать КТО в биметаллических ребристых трубах как функцию средней температуры и плотности теплового потока в зоне контакта;
получены зависимости для расчета контактного давления в биметаллических ребристых трубах и КТО при его отсутствии;
разработана математическая модель и предложен способ определения суммарного термического сопротивления цилиндрических стенок биметаллической ребристой трубы, имеющей пустоты под ребрами;
экспериментально исследована зависимость от средней температуры и плотности теплового потока в зоне контакта КТО как серийных, так и изготовленных в ходе данной работы биметаллических ребристых труб различных геометрических размеров и материального исполнения;
на основании проведенных исследований предложены рекомендации по интенсификации контактного теплообмена в аппаратах с биметаллическими ребристыми трубами.
фактическая ценность работы заключается в том, что:
на основании выполненных исследований предложена методика теплового расчета аппаратов с биметаллическими ребристыми трубами применительно к двум различным вариантам определения приведенного коэффициента теплоотдачи от ребер;
получен экспериментальный материал по КТО в биметаллических ребристых трубах, который используется в практических расчетах;
составлена программа для расчета на ЭВМ суммарного термического сопротивления цилиндрических стенок биметаллической ребристой трубы, имеющей пустоты под ребрами.
- II -
Оценка промышленных образцов биметаллических ребристых труб, их преимущества и недостатки
Основные типы биметаллических ребристых труб со спиральным оребрением, выполненным из алюминиевых сплавов, приведены на рис. 1.3: 1-е накатными (экструзироЕанными) ребрами, П -с навитыми под напряжением ребрами, Епрессованными в пазы; Ш - с навитыми под напряжением ребрами с отогнутой под прямым углом ножкой; ІУ - с навитыми под напряжением ребрами с расширенной ножкой.
Трубы типа I изготовляют методом непрерывной накатки (экструзии) ребер на трубе из алюминиевого сплава, свободно надетой на внутреннюю несущую трубу с механически обработанной и обезжиренной поверхностью. Вместе с накаткой происходит плотное обжатие ребристой оболочкой внутренней несущей трубы. Накатка ребер производится в холодном состоянии на стане, тлеющем 3 расположенных под углом 120 шпинделя с комплектом накатных дисков. Трубы типа I могут изготовляться с разрезкой вершин ребер и отгибкой получающихся при этом лепестков, что приводит к интенсификации теплообмена на 20-40 % с неизбежным повышением аэродинамического сопротивления.
Трубы типа П изготовляют при помощи специальной головки, имеющей 3 диска. Первый диск выдавливает на наружной поверхности несущей трубы спиральную канавку, второй направляет в нее ленту из алюминиевого сплава, третий закрепляет основание ребра в пазу при помощи нажатия на предварительно отстраненным металл. Трубы типа Ш изготовляют наматыванием на несущую трубу ленты из алюминиевого сплава с предварительно отогнутой под прямым углом нижней кромкой. Оребрение выполняется таким образом, что ножки ребер покрывают всю поверхность несущей трубы, концы ленты закрепляются скобами для предотвращения разматывания.
Трубы типа ІУ отличаются от труб типа Ш тем, что основание ребра у них примерно в 2 раза шире и намотка ленты производится таким образом, что часть ножки ребра покрывает ножку соседнего.
При выборе типа оребрения необходимо принимать ЕО внимание такие факторы, как допустимая температура стенки, стойкость к атмосферной коррозии и воздействию химических травлений при очистках поверхности нагрева, механическая прочность, стоимость производства.
Температура стенки трубы ограничивается тем обстоятельством, что алюминиевый сплав, из которого изготовлено оребрение, имеет большой коэффициент линейного расширения по сравнению с материалом несущей трубы. Это приводит к тому, что с повышением температуры контактное давление между оребрением и несущей трубой для труб типа І, Ш и ІУ будет падать вплоть до образования кольцевого зазора, что вызовет рост КТО.
Трубы типа П свободны от этого недостатка, так как у них существует механическое закрепление ребер в теле несущей трубы. В 23 приведены следующие значения допускаемых температур стенки для рассмотренных типов оребрения: 285 С для типа I, 350 - П, 130 - Ш, 165 - ІУ; однако строгого обоснования этим цифрам не дано и вопрос до сих пор остается открытым. Высокие значения допустимой температуры стенки для труб типа I объясняются тем, что при образовании ребер путем накатки (экструзии) обеспечиваются более высокие значения контактного давления, чем для труб с оребрением в виде намотанной ленты с отогнутой под прямым углом нижней кромкой (типы III и ІУ).
Вопрос о стойкости биметаллических ребристых труб к атмосферной коррозии и воздействию химических травлений при очистках имеет большое значение, так как этим фактором в основном определяется срок службы теплообменника. Коррозионная стойкость рассматриваемых типов труб зависит от того, насколько плотно алюминиевая рубашка покрывает наружную поверхность несущей трубы. Очевидно, что наибольшей коррозионной стойкостью будут обладать трубы типа I, т.к. их конструкция полностью исключает попадание вредных веществ в зону контакта. Далее по коррозионной стойкости следуют трубы типа ІУ. Трубы типа П и Ш не обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью, причем у наружной поверхности труб типа П защита от воздействия со стороны омывающего воздуха отсутствует совсем.
Фирмой Hudson (США) были исследованы образцы биметаллических ребристых труб I, П и Ш типов [24] . Все образцы были вырезаны из АБО, находившихся в эксплуатации от 10 до 12 лет. Проведенные исследования показали, что для труб типа I коэффициент теплопередачи с точностью до Ъ% остался тем же, каким был сразу же после изготовления. Коэффициент теплопередачи для труб типа П и Ш снизился от 15 до 50%. При осмотре наружной поверхности несущей трубы у биметаллических ребристых труб типа I следов коррозии обнаружено не было. Для труб типа П были ясно заметны следы коррозии по всей поверхности, включая поверхность канаЕки, в которую заделаны ребра. Для труб типа Ш была ясно видна группа пятен коррозии между несущей трубой и ножкой ребра.
Из приведенных выше типов биметаллических ребристых труб наибольшей механической прочностью обладают трубы типа I. Они хорошо противостоят ударам, вибрации, смятию, не страдают при очистке. Трубы типа П имеют гораздо меньшую прочность, однако они хорошо выдерживают вибрацию и удовлетворительно гидравлические удары внутри несущей трубы. Трубы типов Ш и ІУ имеют плохую механическую прочность. Трубы типов П и Ш плохо переносят очистку с воздушной стороны, трубы типа ІУ - удовлетворительно.
Стоимость биметаллической ребристой трубы определяется ее металлоемкостью и затратами на производство. Затраты на производство зависят от конкретных условий завода-изготовителя и примерно одинаковы для всех видов труб. Металлоемкость биметаллической ребристой трубы складывается из массы несущей трубы й оребрения. Толщина стенки несущей трубы определяется расчетом на прочность по давлению среды, находящейся внутри нее, однако толщина стенки несущей трубы для типа П должна быть увеличена на глубину канавки.
Способы расчета контактного термического сопротивления между двумя соприкасающимися поверхностями
Разделы главы II книги [Ю] "Контактное термическое сопротивление" и "Контактное термическое сопротивление труб с высокими ребрами" посвящены в основном обзору работ Ю.П.Шлыкова и Е.А.Ганина [ЗО] ; Гарднера и Карнавоса [22] и ряда других авторов. Авторы указывают, что по данным изготовителей труб муфтового типа (биметаллических с накатным оребрением) при температурах центральной трубы до 200 С КТО между ореб-ренной оболочкой и несущей трубой не превышает 1,2-КГ4 (м2.С)/Вт.
В.Б.Кунтышем и др. в работе [Зі] впервые предложен способ экспериментального исследования КТО в биметаллических ребристых трубах, основанный на непосредственном измерении температурного скачка на соприкасающихся поверхностях. Температуры наружной поверхности несущей трубы и внутренней поверхности ребристой оболочки измерялись при помощи хромель-алю-мелевых термопар. По величине температурного скачка и тепловому потоку через зону контакта рассчитывалось КТО. Исследовались биметаллические ребристые трубы с накатными ребрами, изготовленными из алюминиевого сплава АДІ, имеющие коэффициент оребрения У = 15,23. Механическая плотность контакта контролировалась величиной усилия выпрессовки несущей трубы из ребристой оболочки на образцах длиной 100 мм. Величина KTG рассматривалась как функция от теплового потока через зону контакта Л , при этом было установлено, что /f OT не зависит. Величина КТО для биметаллической ребристой трубы, имеющей несущую трубу из латуни, составила 0,7-10 4(м2-С)/Вт; из стали 10 - 1,1 -Ю 4 (м -О/Вт; из стали Х5М -2,5 10 (м -С)/Вт. Усилие выпрессовки для всех трех труб составило 19620 Н. Были также исследованы два образца, имеющие несущую трубу из стали XI8HI0T, причем механическая прочность контакта для второго образца была нарушена. КТО в первом случае составило 3,7-10 (м .С)/Вт и усилие выпрессовки 6870 Н, во втором случае соответственно 11,0-Ю"4 (м2.С)/Вт и 3090 Н.
Значения КТС для всех исследованных авторами образцов ребристых труб даны как постоянные величины, что, по всей вероятности, является следствием того, что ими был исследован узкий интервал температур несущей трубы и ребристой оболочки (75-90 С).
В работе [32] приведены результаты экспериментального исследования влияния наличия консистентной консервационной смазки (солидола) в контактной зоне биметаллической трубы с алюминиевым оребрением на КТС. Были исследоганы 4 различные варианта. Для биметаллической ребристой трубы, в контактной зоне которой находился солидол, величина КТС составила 0,1-10 (м .С)/Вт; для ребристой трубы, смазка в контактной зоне которой отсутствовала, а также ребристых труб, имеющих смазку, но предварительно подвергнутых нагреву до 150 С первая и 300 С вторая, = 0,16 Ю 3(м2-С)/Вт.
Экспериментальные исследования проводились в интервале температур в зоне контакта 65-95 С, зависимости КТС от температуры обнаружено не было. Авторы делают вывод, что смазка до температуры в зоне контакта 130 С интенсифицирует коэффициент теплопередачи или съем теплоты на 5-7% по отношению к трубам без смазки.
Представляет интерес дальнейшее изучение этого вопроса и экспериментальное определение КТС при наличии смазки в зоне контакта при температурах, превышающих 95 С.
Б работе [33] рассмотрено влияние пустот, возникающих между несущей трубой и ребристой оболочкой под ребрами вследствие нарушений заданного технологического процесса, на КТС. Экспериментально установлено значительное возрастание КТС при их наличии. Дополнительное обжатие ребер при их накатке позволяет существенно уменьшить или совсем ликвидировать эти пустоты, что существенно интенсифицирует теплообмен.
Вопрос об изучении влияния геометрических размеров пустот под ребрами на передачу теплоты от наружной поверхности несущей трубы к внутренней поверхности оребрения требует самого пристального внимания, так как при определенных условиях этот фактор оказывает решающее влияние на КТС в биметаллических ребристых трубах.
Внимание к вопросам контактного теплообмена в телах цилиндрической геометрии вызвано в настоящее время бурным развитием ядерной техники и созданием термоэмиссионных преобразователей энергии, так как тепловыделяющие элементы (твэлы) ядерных реакторов и термоэмиссионные элементы большинства реакторов-преобразователей имеют конструктивные решения, включающие контактирование различных деталей по цилиндрическим поверхностям. В том и другом случае приходится иметь дело с большими тепловыми потоками и высокими рабочими температурами.
Решение двухмерной задачи передачи теплоты через цилиндрические стенки биметаллической ребристой трубы
Пустоты под ребрами обычно бывают заполнены воздухом, маслом, охлаждающей жидкостью, т.е. веществами, коэффициенты теплопроводности которых значительно меньше коэффициентов теплопроводности контактирующих материалов. Кроме того, необходимо учитывать КТС в местах непосредственного соприкосновения несущей трубы и ребристой оболочки. Наличие в зоне контакта пустот, заполненных низкотеплопроводной средой, вызывает стягивание линий теплового потока к контурным площадкам непосредственного контакта, искривление изотерм и возрастание термического сопротивления.
Таким образом, расчет теплообмена через цилиндрические стенки биметаллической ребристой трубы сводится к задаче стационарной теплопроводности системы тел сложной геометрии. Такие задачи решаются одним из следующих способов: аналрітичес-ки, методом аналогий и численно.
Аналитический метод заключается в решении уравнения Лапласа которым описывается стационарный процесс теплопроводности. Широкий круг задач стационарной теплопроводности может быть решен методом конформных отображений [71] , в основе которого лежит сведение заданной сложной области с помощью некоторой аналитической функции к простейшей области (например, полуплоскости), для которой решение получить нетрудно. Однако в нашем случае получить аналитическое решение чрезвычайно сложно, т.к. в соприкосновении находятся фактически четыре тела (учитывая два металла, среду в зоне контакта и контактный слой) сложной геометрии. И даже если аналитическое решение и было бы получено, оно было бы слишком громоздким для использования в практических расчетах.
Известные работы по контактному термическому сопротивлению волнистых поверхностей [72, 73] не могут быть использованы Е нашем случае, так как они основываются на допущении, что шаг волны значительно меньше линейного размера тела в направлении, нормальном плоскости контакта. Применительно к КТС в биметаллических ребристых трубах шаг волны равен шагу оребрения, а линейный размер - толщине цилиндрической части ребристой оболочки, т.е. шаг волны по меньшей мере вдвое больше линейного размера в направлении, нормальном плоскости контакта.
К числу экспериментальных методов исследования процессов теплопроводности относится метод аналогий. Метод аналогий основан на том, что математически аналогичные явления описываются формально одинаковыми дифференциальными уравнениями, в то время как физическое содержание и размерность входящих Е них величин различны [74-76] . Наибольшее распространение получил метод электротепловой аналогии. Метод гидротепловой аналогии в настоящее время применяется редко.
Метод электротеплоЕой аналогии был применен К.Штепханом для исследования процесса передачи теплоты от несущей трубы к ребрам при их недостаточном закреплении [77] . Автор рассматривал навитые спиральные и шайбовые ребра при отсутствии и наличии приварки ребер к несущей трубе. Под недостаточным закреплением понималось отсутствие на ряде участков непосредственного контакта между несущей трубой и ребрами, вызванное равномерно распределенными по окружности трубы и одинаковыми по длине зазорами. При анализе принималось, что в местах непосредственного контакта несущей трубы с ребрами КТО отсутствует, а также отсутствует тепловом поток через зазоры. Исследования были проведены с помощью электрической аналоговой модели, при этом ребра имитировались с помощью электропроводной пленки.
Результаты исследований показали, что отрицательное действие неполного прикрепления ребер возрастает с увеличением высоты ребра. Большое количество малых по длине зазоров между ребрами и несущей трубой в меньшей степени уменьшает тепло-производительность ребристых труб, чем меньшее количество больших по длине зазоров той же суммарной протяженности.
К положительным сторонам метода аналогий следует отнести то, что он позволяет значительно снизить трудозатраты на исследование по сравнению с непосредственными исследованиями процессов теплопроводности, которые в ряде случаев могут оказаться Еообще невозможными из-за малости объектов исследования. Недостатком метода аналогий является то, что он все же связан с большим объемом экспериментальных исследований и обладает недостаточной точностью и универсальностью.
Наибольшие перспективы изучения процессов теплопроводности в сложных системах тел открывает численный метод, при котором исходные дифференциальные уравнения заменяются уравнениями в конечных разностях. Наличие современных быстродействующих ЭШ позволяет с высокой точностью решать эти уравнения с небольшими затратами времени.
Как было показано выше, одномерная модель неточно отображает реальный процесс передачи теплоты через цилиндрические стенки биметаллической ребристой трубы. Пренебрегая кривизной цилиндрических стенок, рассмотрим двухмерную задачу, постановка которой изображена на рис. 2.5, где ось пх" направлена параллельно, а ось "и " - перпендикулярно оси трубы. На рис. 2.5 изображена часть сечения цилиндрических стенок, ограниченная двумя осями симметрии, одна из которых проходит через середину ребра, вторая отстоит от нее на расстояние половины шага оребрения /2 . Сечение пустоты, находящейся под ребром, заменено параллелепипедом шириной а , равной протяженности участка, на котором отсутствует контакт между несущей трубой и ребристой оболочкой, и высотой / , равной максимальной высоте пустоты.
Анализ эффективности некоторых способов снижения контактного термического сопротивления в биметаллических ребристых трубах
В гл. 2 было показано, что для расчета КТС в биметаллических ребристых трубах как при наличии, так и при отсутствии контактного давления между несущей трубой и ребристой оболочкой, необходимо знать значение контактного давления при какой-либо фиксированной температуре. Однако аналитическое определение этого давления в настоящее время невозможно. Кроме того, значения контактного давления при фиксированной температуре даже для биметаллических ребристых труб, прокатанных одним и тем же инструментом, будут отличаться из-за неизбежного износа последнего. Таким образом, значения контактного давлення можно получить только статистической обработкой эксперимента.
При проведении экспериментальных исследований ставились следующие основные задачи: 1) выяснение физической картины процесса передачи теплоты от наружной поверхности несущей трубы к внутренней поверхности ребристой оболочки; 2) получение численных значений КТС для различных биметаллических ребристых труб с целью накопления опытных данных для практического применения; 3) проверка справедливости полученных в гл. 3 зависимостей КТС от средней температуры в зоне контакта; 4) проверка эффективности ряда способов снижения КТС в биметаллических ребристых трубах. Для экспериментальных исследований применялись как образцы биметаллических ребристых труб, серийно выпускаемых на Таллинском машиностроительном заводе им.Лауристина (ШЗ), так и образцы ребристых труб, прокатанных на опытном стане ХПРТ 12-28 Всесоюзного научно-исследовательского института металлургического машиностроения. (ВНИИметмаш). Экспериментальная установка (рис. 3.1) была создана на кафедре тепломассообменных процессов и установок МЭИ и предназначена для опытного определения КТО в биметаллических ребристых трубах. Установка была спроектирована таким образом, чтобы иметь возможность непосредственно замерять температурный скачок в зоне контакта исследуемой биметаллической ребристой трубы и величину теплового потока. Для повышения точности измерений опытный образец - калориметр из исследуемой биметаллической ребристой трубы обдувался Еоздухом, что позволяло получать значительные величины плотности теплового потока и, соответственно, температурного скачка в зоне контакта. Экспериментальная установка представляла собой аэродинамическую трубу 8 разомкнутого типа сечением 60 х 300 мм,в рабочем участке которой помещался калориметр 14 в виде ребристой трубы, длина рабочего участка составляла 400 мм, боковые стенки его для снижения торцевых потерь были изготовлены из эбонита толщиной 25 мм, верхняя и нижняя - из алюминия. Циркуляция воздуха в аэродинамической трубе обеспечивалась центробежным вентилятором 6, который через гибкую Еста-, вку 7 был подключен к хвостовому участку длиной 600 мм. Для обеспечения равномерного поля скоростей набегающего на калориметр Еоздуха перед рабочим участком был предусмотрен стабилизирующий участок длиной 800 мм, выполненный из листовой стали. Вход в аэродинамическую трубу имель профиль лемнискаты. Изменение числа оборотов двигателя постоянного тока 5, приводящего вентилятор, обеспечивалось при помощи ЛАТРа 2, понижающего трансформатора 3 и диода 4. Стабильность частоты вращения двигателя обеспечивалась стабилизатором I типа С-0,5. Помещенный внутри калориметра электронагреватель 15 подключался к ЛАТРу 12, что позволяло менять подведенную к нему электрическую мощность, которая измерялась при помощи ваттметра 13 типа Д552 (класс точности 0,5), и, следовательно, величину теплового потока. С целью обеспечения стационарности процесса теплопередачи напряжение, подаваемое на ЛАТР 12,стабилизировалось при помощи двух параллельно включенных стабилизаторов II типа С-0,75. Величина подведенной к электронагревателю мощности достигала 1,5 кВт, а кратковременно - 1,6 кВт. Э.Д.О. зачеканенных в теле калориметра термопар 16 измерялась при помощи полуавтоматического потенциометра 10 типа Р 2/1. Термопары подключались к потенциометру через переключатель 9; юс холодные спаи термостатирогались в сосуде Дьюара 17 с тающим льдом. Калориметр (рис. 4.2) представлял собой образец исследуемой биметаллической ребристой трубы, внутри которого в асбоцементных пробках 5 помещался электронагреватель I из намотанной виток к витку на фарфоровой трубке 3 нихромовой проволоки диаметром 0,8 мм.
