Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной нз традиционных, но не теряющих своего значения, проблем яаіяется повышение интенсивности отвода тепла от твердых поверхностей. Существующие способы интенсификации теплообмена, как правило, сопровождаются ростом гидравлических сопротивлений. Кроме того, они неэффективны для течений высовязких теплоносителей, т.е. при небольших числах Рейнольдса. В последние годы изучается новый способ интенсификации теплообмена при одновременном снижении сопротивления за счет нанесения на твердую поверхность покрытия из маловязкой магнитной жидкости (МЖ). Этот способ, напротив, эффективен для высоковязких теплоносителей. Однако практическая реализация этого нового способа ограничена малыми скоростями теплоносителя. Поэтому тематика работы, напрааіенной на расширение возможностей удержания магнитожидкостных покрытий на поверхности теплообмена при одновременной интенсификации теплоотдачи, яатяется важной и с научной и с практической точки зрения.
Работа выполнена в рамках ГБ 9123 "Разработка научных основ создания технологий с магнитоуправляемым тепло- и массообменом, формирования отливок с управляемой интенсивностью теплообмена, а также энергоресурсо-сберегаюшнх технологии" (раздел 1. "Разработка научных основ магннтоуправ-ляемого тепло- и массообмена и создание тсплообменных устройств с использованием многокомпонентного магнитожидкостного теплоносителя, обеспечивающих снижение энергетических затрат") в соответствии с Республиканской комплексной программой фундаментальных исследований в области естественных и технических наук ("Энергетика-2"), утвержденной постановлением Президиума АН БССР от 5.12.90 (раздел 2.24).
Цель и задачи исследования. Целью работы яатяется изучение структуры течения теплоносителя и способов повышения теплоотдачи в каналах с магнитожидкостным покрытием за счет оребрения стенок н выбора формы покрытий. Эта цель определила и задачи исследования: анализ влияния магнитного поля на форму магнитожидкостного покрытия в потоке теплоносителя в канале с оребрением; расчет характеристик теплопереноса на начальном участке теплообмена канала с магнитожидкостным покрытием при постоянном тепловом потоке на стенке; аначиз механизмов теплопереноса в магнитожидкостном покрытии, изучение влияния оребрения на теплоперенос на начальном участке теплообмена; изучение поперечной теплопередачи и гидродинамических характеристик потока теплоносителя в оребренмом канале с магнитожидкостным покрытием; исследование влияния формы покрытия на гидродинамические характеристики потока.
Научная новизна. Обнаружено, что на начальном участке теплообмена при постоянном тепловом потоке на стенке плоского канала существенное ачиянис на теплоперенос оказывает возвратное течение в магнитожидкостном покрытии. Предложен способ улучшения теплоотдачи за счет размещения в магнитожидкостном покрытии тонкой перегородки, которая препятствует переносу нагретых слоев МЖ возвратным течением. Получены количественные оценки эффективности теплообмена. Показано, что интенсификация поперечной теплопередачи в канале возможна в основном за счет поперечных компонент скорости потока. В канале с оребрением, расположенным в слое МЖ, интенсификация теплообмена между стенками канала существенна только при высоких числах Прандтля теплоносителя. Получена зависимость перепада давления в сребренном канале от физических свойств и
геометрических параметров покрытия. Определено влияние магнитного поля на форму магнитожидкостного покрытия в потоке теплоносителя. Найдены критичесхие значения магнитного поля, определяющие удержание магнитожидкостного покрытия в канале с оребрением. Рассчитано изменение расхода жидкости в цилиндрическом и прямоугольном каналах в зависимости от геометрии магнитожидкостного покрытия.
Практическая ценность связана с новыми результатами по интенсификации теплообмена в каналах с магнитожнакостным покрытием при наличии оребрения. Важным для практики является разработанный численный метод расчета двухфазных, течений МЖ с заранее неизвестной границей раздела. Для создания компактных теплообменников практический интерес представляют найденные в работе критериальнце зависимости, описывающие влияние магнитожидкостного покрытия на теплообмен и гидродинамические параметры каналов.
На защиту выносятся представление о характере воздействия возвратного течения в магнитожидкостном покрытии на теплоперенос на начальном участке теплообмена, о существенном влиянии перегородок на теплообмен на начальном участке; результаты исследования поперечной теплопередачи и изменения перепада давления в оребренном канале с магнитожндкостным покрытием; представление о характере и степени изменения формы магнитожидкостного покрытия под воздействием потока теплоносителя, магнитного поля и оребрения; анализ влияния формы покрытия на изменение расхода транспортируемой жидкости.
Достоверность результатов подтверждена соответствием полученных данных в предельных случаях известным классическим данным и качественным согласованием результатов с имеющимися экспериментальными данными.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на Международных конференциях по магнитным жидкостям (Рига, 1989; Париж, 1992), по электромагнитным силам (Сендай, Япония, 1989); Всесоюзных конференциях по магнитным жидкостям (Плес, 1988, 1991), по магнитной гидродинамике (Саласпилс; 1990), по физике магнитных жидкостей (Пермь, 1990); на Республиканских конференциях молодых ученых и специалистов (Минск, 1988, 1989).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 6 статьях и материалах научных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Полный объем составляет 155 страниц, включая 44 рисунка и библиографию из 118 наименований,