Введение к работе
Актуальность темы.
Эффективным методом интенсификации теплоотдачи в теплообменниках является использование каналов со сфероидальными выемками на стенках.
Сфероидальные выемки являются характерными элементами регулярной макрошереховатости, нанесенной на теплообменные поверхности. Они интенсифицируют теплообмен в пристенной зоне течения за счет разрушения пограничного слоя и турбулизации потока с помощью отрывных течений и характеризуются минимальным ростом гидросопротивления. В работах Кикнадзе Г.И., Афанасьева В.Н., Александрова А.А., Нагоги Г.П., Беленького М.Я., Щукина А.В., Гортышова Ю.Ф., Попова И.А. и др. было экспериментально установлено, что для каналов со сфероидальными выемками интенсификация теплоотдачи составляет от 1,5 до 4,5 раз при умеренном росте гидросопротивления.
Технология нанесения сфероидальных выемок, как на плоские поверхности, так и на трубы отличается простотой и дешевизной. В настоящее время выпуск теплообменных элементов и аппаратов с интенсификацией теплообмена на основе использования сфероидальных выемок освоен как в России, так и за рубежом. Выпуск труб со сфероидальными выемками осуществляет завод имени Орджоникидзе (г. Подольск), пластины, формованные сфероидальными выемками, выпускают фирмы Alfa Laval, ViEX, Tranter РНЕ, Exxon Mobil и др.
В зависимости от метода нанесения сфероидальных выемок на поверхность, различают выемки с острыми кромками и с плавными обводами. Кроме формы, существенное влияние на теплогидравлические характеристики поверхностей, формованных сфероидальными выемками, оказывают такие геометрические параметры, как относительная высота канала 11^дя, относительная глубина выемки hj/dj,, продольный Si и поперечный Si шаги выемок, плотность расположения выемок на поверхности f.
Экспериментальные зависимости для гидродинамики и теплоотдачи в каналах со сфероидальными выемками получены только для турбулентного режима. Несмотря на значительное количество расчетных и экспериментальных работ: Исаев С А., Леонтьев А.И., Олимпиев В.В, Снидекер, Дональдсон, Кикнадзе Г.И., Рабинович М.И., Терехов В.И., Кесарев B.C., Козлов А.П., Щукин А.В. и др., нет полной картины обгекания поверхностей со сфероидальными выемками для широкого диапазона чисел Рейнольдса, не выявлены границы режимов течения, ламинарно-турбулентный переход, отсутствует карта режимов течения в каналах со сфероидальными выемками, не исследовано гидросопротивление и теплоотдача при ламинарном режиме. Все вышеизложенное свидетельствует о необходимости дальнейших глубоких экспериментальных и теоретических исследований, направленных на изучение структуры потока, гидросопротивления и теплоотдачи в каналах со сфероидальными выемками в широком диапазоне изменения геометрических и режимных параметров.
Цель работы - исследование структуры потока, гидросопротивления и теплоотдачи в каналах со сфероидальными интенсификаторами.
Конкретными задачами исследования являлись:
1. Провести визуализацию течения в стесненных и нестесненных каналах со сфероидальными выемками с целью уточнения физической картины течения и
расширения диапазона исследуемых пар&метроа. -——
t !>СС. НАЦИОНАЛЬНАЯ
J БИБЛИОТЕКА
С. Пет ер Ирг
2. Выполнить экспериментальные исследования гидродинамики и теплоотдачи в
исследуемых каналах и вьшвить влияние основных геометрических и режимных
параметров на гидросопротивление и теплоотдачу, получить обобщающие уравнения
подобия.
3. Провести сравнительный анализ тепло гидравлической эффективности
различных поверхностных интенсификаторов, в том числе сфероидальных.
Установить оптимальные режимные и геометрические параметры
интенсификаторов.
Научная новизна:
Впервые построена карта режимов течения в каналах со сфероидальными выемками.
Выявлено влияние основных геометрических и режимных параметров, получены обобщающие зависимости по гидросопротивлению и теплоотдачи при ламинарном и турбулентном течении воздуха в прямоугольных каналах со сфероидальными выемками.
3. Проведено сравнение геплогидравлической эффективности поверхностных
интенсификаторов теплоотдачи при ламинарном и турбулентном режимах течения
теплоносителя. Даны практические рекомендации по применению сфероидальньж выемок
в качестве интенсификаторов при проектировании современного высокоэффективного
теплообменного оборудования.
Практическая ценность и реализация: основные результаты работы могут быть использованы при расчетах и проектировании эффективных теплообменных элементов, аппаратов и систем различного применения.
Личный вклад автора в работу: автором проведены экспериментальные исследования, расчеты, обработка, анализ и обобщение полученныхданных.
Публикации: по теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура и объем работы: работа состоит из введения, четырех глав и списка использованных источников. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 85 рисунков, 8 таблиц. Список использованных источников включает 98 наименований.
