Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования 12
1.1. Теплообмен и гидродинамика в кольцевом канале с непрерывной закруткой потока 12
1.2. Теплообмен и гидродинамика в системе сферических выемок 25
1.3. Постановка задач исследования 43
ГЛАВА 2. Экспериментальная установка, опытный участок, методика проведения эксперемента и обработки опытных данных 45
2.1. Описание экспериментальной установки 45
2.2. Опытный участок 48
2.3. Система измерений и программа экспериментов 51
2.4. Методика проведения экспериментов и обработки опытных данных 61
2.5. Оценка погрешностей экспериментальных исследований 67
ГЛАВА 3. Теплообмен в кольцевом канале с непрерывной закруткой потока и сферическими выемками на выпуклой поверхности 71
3.1. Тестовые опыты по теплоотдаче 71
3.2. Теплоотдача на выпуклой поверхности кольцевого канала со сферическими выемками в условиях непрерывной закрутки потока 72
3.3. Визуализация течений в кольцевом канале с закруткой потока 86
ГЛАВА 4. Гидродинамика в кольцевом канале с непрерывной закруткой потока и сферическими выемками на выпуклой поверхности 89
4.1. Тестовые опыты 89
4.2. Гидравлическое сопротивление кольцевого канала 91
4.3. Теплогидравлическая эффективность интенсификации теплообмена 96
4.4. Рекомендации по расчету теплогидравлических характеристик кольцевого канала с непрерывной закруткой потока и сферическими выемками на выпуклой поверхности 99
Основные результаты и выводы 102
Список использованной литературы 104
- Теплообмен и гидродинамика в системе сферических выемок
- Методика проведения экспериментов и обработки опытных данных
- Теплоотдача на выпуклой поверхности кольцевого канала со сферическими выемками в условиях непрерывной закрутки потока
- Теплогидравлическая эффективность интенсификации теплообмена
Введение к работе
Актуальность темы. Разработка энергосберегающих технологий в энергомашиностроении, создание эффективных систем охлаждения для высокотемпературных газотурбинных установок и двигателей, разработка компактных и экономичных теплообменных устройств непременно связаны со снижением потерь энергии на прокачку теплоносителей. Одним из путей создания экономичных теплообменников и систем охлаждения является использование пристенной интенсификации теплообмена. Высокая энергетическая эффективность таких способов увеличения теплоотдачи позволяет снизить гидродинамические потери в теплообменных каналах.
В последние годы, судя по многочисленным публикациям, проводятся исследования по физическому и численному моделированию течений около поверхностей с пристенными интенсификаторами теплообмена. При всем разнообразии формы таких теплообменных поверхностей задача нанесенных на поверхность элементов регулярной макрошероховатости – разрушить образовавшийся пограничный слой, турбулизировать пристенное течение и генерировать крупномасштабные вихри.
Промышленное освоение таких способов интенсификации конвективного теплообмена требует не только решения технологических вопросов, но и разработки инженерных методов расчета теплогидравлических характеристик теплообменных каналов с нанесенными на их поверхность выступами или выемками.
Часто в практически важных случаях процессы интенсификации теплообмена реализуются при сложных граничных условиях.
Как показывают многочисленные исследования, воздействие на поток центробежных сил деформирует гидродинамическую картину течения, что, в свою очередь, изменяет интенсивность конвективного теплопереноса. Так, при обтекании выпуклой поверхности центробежные силы снижают коэффициент теплоотдачи. Такой же эффект получается при обтекании выпуклой поверхности кольцевого канала с непрерывной закруткой потока. Важным и актуальным, в связи с этим, являются мероприятия по повышению теплоотдачи на выпуклой поверхности кольцевых каналов с закруткой потока.
Имеются исследования теплоотдачи в таких каналах с начальной закруткой потока, где на выпуклую его поверхность нанесены продольные низкие ребра, интенсифицирующие теплоотдачу. Опубликованы также единичные результаты исследования теплоотдачи около выпуклой поверхности короткого криволинейного канала с одиночной сферической выемкой. Однако указанные результаты исследований не позволяют разработать научно обоснованный инженерный метод расчета теплоотдачи и гидравлического сопротивления кольцевых каналов с нанесенными на его выпуклую поверхность сферическими выемками вследствие неодинаковой гидродинамической картины их обтекания. В связи с этим тема диссертационной работы, посвященной исследованию теплообмена и гидродинамики в кольцевом канале со сферическими выемками на выпуклой поверхности и непрерывной закруткой потока, представляется актуальной.
Цель работы: сформулировать и обосновать рекомендации по расчету интенсификации теплообмена сферическими выемками на выпуклой поверхности кольцевого канала и его гидравлического сопротивления в условиях непрерывной закрутки потока шнеком.
Задачи исследования:
-
Выполнить экспериментальное исследование и обобщить данные по средней теплоотдаче на выпуклой поверхности кольцевого канала со сферическими выемками при непрерывной закрутке потока шнеком.
-
В тех же условиях провести исследование и обобщить опытные данные по гидравлическому сопротивлению кольцевого канала с непрерывной закруткой потока и сферическими выемками на выпуклой поверхности.
-
На основе визуализации течений, а также сравнительного исследования полей скорости и температуры выявить механизм происходящих в кольцевом канале теплогидравлических процессов.
-
Оценить теплогидравлическую эффективность исследованного способа интенсификации теплообмена; разработать рекомендации по выбору рациональных вариантов интенсификации теплообмена в рассматриваемых условиях и по расчету теплогидравлических характеристик таких каналов.
Научная новизна.
-
-
Выявлено влияние интенсивности закрутки потока шнеком и системы сферических выемок на среднюю теплоотдачу на выпуклой поверхности кольцевого канала. Установлена область режимов, в которой наблюдается независимость воздействий закрутки потока и системы сферических выемок на теплоотдачу.
-
Получены и обобщены опытные данные по гидравлическому сопротивлению кольцевого канала с выемками на выпуклой поверхности в широком диапазоне изменения угла закрутки потока. Выявлен механизм происходящих в данных условиях теплогидравлических процессов.
-
Проанализирована теплогидравлическая эффективность интенсификации теплообмена на выпуклой поверхности кольцевого канала со сферическими выемками, и выявлены рациональные варианты закрутки потока шнеком.
-
Сформулированы рекомендации по выбору энергетически целесообразных условий интенсификации теплообмена сферическими выемками на выпуклой поверхности кольцевого канала с непрерывной закруткой потока, а также по расчету теплогидравлических параметров канала в этих условиях.
Автор защищает:
-
Обобщенные результаты экспериментального исследования средней теплоотдачи на выпуклой поверхности кольцевого канала со сферическими выемками и непрерывной закруткой потока шнеком.
-
Обобщенные опытные данные по гидравлическому сопротивлению кольцевого канала со сферическими выемками на выпуклой его поверхности и непрерывной закруткой потока.
-
Механизм исследованных теплогидравлических процессов. Рекомендации по выбору энергетически целесообразных условий интенсификации теплообмена в рассматриваемых условиях и их расчету.
4
Практическая значимость. Выработанные на основе экспериментального исследования и обобщения опытных данных рекомендации по инженерному расчету теплообменных кольцевых каналов с непрерывной закруткой потока и сферическими выемками на выпуклой поверхности получены в реальном диапазоне изменения геометрических и режимных параметров. Они могут быть использованы при расчете и проектировании теплообменников различного назначения, ТВЭЛов ядерных реакторов, а также систем охлаждения двигателей и энергоустановок. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы также для верификации теоретических моделей.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается использованием апробированных методов и аттестованных средств измерения параметров, расчетом погрешности измерений, удовлетворительным согласованием данных, полученных в стандартных и усложненных условиях с общеизвестными данными других авторов.
Личный вклад автора. Соискатель участвовал в создании опытной установки, выполнил основную программу экспериментов, обработку, анализ и обобщение полученных опытных данных.
Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и получили одобрение на XVII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева “Проблемы газодинамики и тепломассообмена в аэрокосмических технологиях” 25-29 мая 2009 г., г. Жуковский; на научном семинаре Исследовательского Центра Проблем энергетики Казанского научного центра РАН; на ХV, XVI, XVII Всероссийских молодежных научных конференциях “Туполевские чтения”, г.Казань, 2007, 2008, 2009 гг.; на XIX, XX Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях КВАКУ “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология”, г.Казань, 2008, 2009 г.г.; на научных семинарах кафедры “Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели”, г.Казань, 2007 – 2010 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ. Одна работа опубликована в рекомендуемом ВАК журнале.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 114 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков, 3 таблиц. Список использованной литературы включает 96 наименований.
Теплообмен и гидродинамика в системе сферических выемок
Интенсификация теплообмена сферическими выемками связана с образованием отрывных возвратных и присоединяющихся течений в условиях периодической нестационарности. В связи с этим невозможно прогнозировать гидродинамические и теплообменные процессы, происходящие в этих течениях при сложных граничных условиях. Поэтому возникает проблема достоверного расчета интенсификации теплообмена в условиях воздействия возмущающих факторов, имеющих место на практике. Уже первые исследования показали, что рекомендации, полученные для поверхностей, формованных сферическими выемками в стандартных условиях, не могут быть использованы при воздействии возмущающих факторов. Оказалось, что в некоторых случаях обтекания подобного рода дискретно шероховатых поверхностей ни только количественно, ни качественно тенденции изменения конвективного теплообмена в зависимости от того или иного возмущающего фактора не согласуются с влиянием их около исходно гладких поверхностей. Структура течения В настоящей работе рассматриваются только «отрывные» сферические выемки, и исследуются только системы выемок с пСф/с1сф = 0,35. При этом предполагается, что качественно полученные в диссертации результаты помогут прогнозировать влияние закрутки потока и для менее глубоких выемок. Обтекание сферических выемок с относительной глубиной ЬСф/ іСф 0,1...0,2 происходит в условиях развитого отрыва потока (рис. 1.9). При этом, как установлено Снидекером, Дональдсоном, Г.И.Кикнадзе с соавторами [37,38,72], В.С.Кесаревым, А.П.Козловым, П.Р.Громовым с соавторами [24,36], Э.П.Волчковым [18] с соавторами и другими исследователями, в выемке наблюдается самоорганизующееся смерчеобразное вихревое течение. Эти вихревые структуры перемещаются в поперечном направлении из одного дискретно-стационарного положения в другое и обратно.
Оси вихревых структур наклонены к внешней обтекаемой поверхности. Рис. 1.9. Картина течения в сферической выемкой при отрывном обтекании (пСф/с1Сф 0,1.. .0,2): а - вид сверху, б - вид сбоку Наиболее подробное исследование гидродинамики в единичной полусферической выемке выполнили В.С.Кесарев, А.П.Козлов [36]. Как установлено, эпицентр вихря перемещается из левой половины полусферы в правую и обратно (рис. 1.9, а). При этом время пребывания эпицентра в обеих половинах полусферы значительно превышает время его перемещения из одной половины полусферы в другую. Несмотря на нестабильность смерчеобразных вихревых структур, авторам цитируемой работы удалось определить координаты точек, где эпицентры этих вихрей дискретно существуют. Эти точки расположены под углом +45 и -45 по отношению к продольной плоскости симметрии выемки. Эпицентры вихрей расположены на расстоянии (0,25...0,30)пСф от донной (полюсной) точки. Осредненная скорость возвратного течения составляет примерно 0,4Woo. Выходящий из полусферической выемки вихрь образует "газодинамическое тело" в виде сферического сегмента (рис. 1.9,6). Циркуляционное течение в выемке образует замкнутый контур. В результате этого часть поступающего в выемку потока возвращается снова в выемку, а часть выносится во внешнее течение смерчеобразной вихревой структурой. Осредненное по всей поверхности выемки поверхностное трение составляет примерно 0,45 от его значения на исходно гладкой поверхности. Из немногочисленных исследований гидродинамики за единичной сферической выемкой приведем информацию Г.И.Кикнадзе, В.Г.Олейникова [38] о длине простирающейся за выемкой смерчеобразной структуры, которая составляет примерно (З...5)с1сф. По данным же А.Б.Езерского, В.Г.Шехова [26] область присоединения вихрей расположена на расстоянии примерно (0,5...2,5) от центра выемки вниз по потоку. По результатам исследований этих авторов оказалось, что области присоединения вихревых структур не соответствуют зонам с максимальной теплоотдачей за выемкой. Как показали Э.П.Волчковым [ 18] с соавторами, за выемкой вниз по потоку примерно на расстоянии, равном с1Сф/2, происходит деформация профиля безразмерной скорости в сторону меньшей его заполненности. При х/с!Сф и 1 профиль скорости восстанавливает свой "первоначальный" вид. На этом же расстоянии от выемки восстанавливается и прежний (как до выемки) уровень турбулентности. По-видимому, продольный вихрь за полусферической выемкой быстро разрушается. Можно предположить, что какое-либо воздействие, например наличие закрутки потока, приведет к изменению гидродинамической картины течения в области сферической выемки, а также уровня теплоотдачи в ней. Гидравлическое сопротивление Основные условия проведения экспериментов по исследованию гидравлического сопротивления в каналах с системой сферических выемок приведены в табл. 1.1.
Методика проведения экспериментов и обработки опытных данных
В данной работе принята следующая последовательность проведения опытов: 1. Включение главного электрического щита. 2. Включение измерительной аппаратуры: компьютера, приборов «ПРОМА-ИДМ». 3. Выход на стационарный тепловой режим: - положение заслонки устанавливается на режим максимального расхода; - запуск компрессора; - подсоединение АЦП к компьютеру; - включение электронагревателя для создания теплового потока в стенке опытного участка; - проверка стационарности теплового режима, которая контролируется неизменным во времени значением температуры потока воздуха на выходе из опытного участка и температуры стенки цилиндра. 4. Измерение параметров в эксперименте по исследованию теплоотдачи: - замер перепада давлений на расходомерной шайбе; - замер разности статического и полного давлений по высоте канала с помощью трубок Пито-Прандтля, закрепленных на координатнике (шаг замера составлял - 1 мм); - измерение температуры во входном и выходном сечениях опытного участка; - замер температуры вдоль поверхности объекта исследования по термо-ЭДС 14-ти хромель-алюмелевых термопар. 5. Измерение параметров в эксперименте по исследованию гидродинамики: - замер перепада давлений на расходомерной шайбе; - замер разности статического и полного давлений, разности полных давлений на входе и выходе по высоте канала с помощью трубок Пито Прандтля, закрепленных на координатнике (шаг замера составлял - 1 мм). 6. Переход на следующий тепловой режим. 7. Визуализация.
Визуализация картины течения в кольцевом канале и сферическими выемками на выпуклой поверхности проводилась при угле закрутки 10, 20 и 60. Визуализация включала в себя два этапа исследования процессов в канале: первый этап - это непосредственное наблюдение процессов, происходящих в кольцевом канале с помощью эндоскопа Н-200; второй этап — фотографирование результатов визуализации течений в канале. Эндоскоп Н-200 (рис.2.15) является оптическим прибором предназначенным для контроля состояния узлов и деталей газотурбинных двигателей, в частности, лопаток компрессора, турбины, жаровой трубы камеры сгорания и т.д. Основными элементами эндоскопа являются окуляр, удлинительная штанга и наконечник (рис.2.16). В окуляре расположена система линз для фокусировки изображения объекта. В удлинительной штанге расположена система поворота и наклона зеркал. Наконечник состоит из лампочки для подсветки и поворотного зеркала для наблюдения за объектом. Конструкция эндоскопа выполнена таким образом, что позволяет поворачивать наконечник вдоль оси, а также изменять угол осмотра по высоте. Первый этап выполнялся в следующей последовательности. Устанавливался угол закрутки шнековой вставки. Собирался рабочий участок и устанавливался в рабочее положение. В отверстие, куда устанавливался трехканальный приемник давления, вводился эндоскоп Н-200. Включался компрессор на максимальный режим работы. Через входное сечение рабочего участка в поток вводился мелкодисперсный черный порошок. Для наблюдения более четкой картины выполнялась фокусировка прибора. При направлении пучка света на вогнутую поверхность кольцевого канала наблюдались характерные следы макровихревого движения. Следы имели форму полосок и переменное по времени расположение на вогнутой поверхности. Наклон следов практически совпадал с углом закрутки шнековой вставки.
Следы периодически меняли место положения, перемещаясь на вогнутой поверхности в осевом направлении вдоль рабочего участка в направлении входа и выхода. Наблюдаемая картина на вогнутой поверхности подтвердила факт наличия макровихревого движения в условиях сильной закрутки. Следы представляли собой скопление мелкодисперсного порошка, собираемого в одну полоску соседними макровихрями. Дополнительно были проведены мероприятия по непосредственной фиксации следов макровихревого движения на вогнутой поверхности канала. Для этой цели установка разбиралась, при этом шенковая вставка не вынималась. Тем самым сохранялся тот же угол закрутки, что и при визуализации с помощью эндоскопа Н-200. На вогнутую поверхность кольцевого канала наносилась масляная пленка (применялось машинное масло). Далее производилась сборка рабочего участка с последующей установкой в рабочее положение. Включался компрессор, и на вход рабочего участка вводился тот же мелкодисперсный порошок. Проработав какое-то время, компрессор отключался и, рабочий участок разбирался. На вогнутой поверхности при ф=60 наблюдались характерные следы, оставляемые макровихрями. Это подтверждается характерными следами, оставляемыми перемещающимся по маслу порошком (рис.3.11). При ф=10 и 20 на вогнутой поверхности канала порошок осаждался равномерно.
Теплоотдача на выпуклой поверхности кольцевого канала со сферическими выемками в условиях непрерывной закрутки потока
Как показывают исследования Л.В.Арсеньева с соавторами [3], теплоотдача в области первого ряда сферических выемок и в области последующих рядов выемок одинакова в силу интенсифицирующего воздействия углубления на пристенное течение. Отсюда можно полагать, что в методе расчета теплоотдачи около поверхности со сферическими выемками не следует вводить поправку, учитывающую влияние начального участка на теплоотдачу. Результаты программных экспериментов, представленные на рис.3.2, показывают, что изменение угла закрутки (а значит, и относительной кривизны шнекового канала) потока шнеком приводит к расслоению опытных зависимостей ]Миф.Сф=:п11е і), характеризующих среднюю теплоотдачу на выпуклой поверхности кольцевого канала с выемками относительно результатов, полученных без закрутки потока. Данное расслоение обусловлено сложными гидродинамическими процессами, происходящими в канале: поток в условиях непрерывной закрутки, испытывающий влияние центробежных массовых сил, получает возмущающее воздействие от системы сферических выемок, выполненных на выпуклой поверхности кольцевого канала. С увеличением числа Рейнольдса число Нуссельта возрастает примерно пропорционально Re . Это согласуется с данными С.Э. Тарасевича [12], где было получено, что турбулентный режим в закрученном шнеком потоке в гладком кольцевом канале существует при Red 7-Ю3. В нашем же случае из-за макрошероховатости поверхности переход к турбулентному режиму течения должен происходить при значительно меньших числах Рейнольдса. Массив экспериментальных точек находится в области значений теплоотдачи, примерно в два раза превышающих теплоотдачу в гладком кольцевом канале, определяемой уравнением (1.1) .
В первом приближении можно утверждать об эффективности выбранного способа пристенной интенсификации конвективного теплообмена на выпуклой поверхности сферическими выемками в потоке с непрерывной закруткой шнеком. 3. vv При построении зависимости теплоотдачи от степени закрутки потока использовался подход, предложенный В.П.Мотулевичем [57] и названный методом относительного соответствия. Цитируемый метод предполагает правомерность сравнительного анализа различных возмущающих факторов на основе более грубых физических моделей. Для этого опытные данные все условия проведения эксперимента, кроме исследуемого влияющего фактора, должны быть идентичными, даже если они не полностью моделируют исследуемое явление. теплоотдачи примерно на 30% по сравнению с теплоотдачей при осевом течении теплоносителя. При более интенсивной закрутке потока, когда значение относительной кривизны шнекового канала изменяется в диапазоне 0,0522 (d3KB/D) 0,184 (30 й ф 60), характер влияния (d3KB/D) на среднюю теплоотдачу на выпуклой поверхности со сферическими выемками становится иным: с увеличением (d3KB/D) (или угла закрутки потока ф) теплоотдача возрастает. Так, при увеличении (d3KB/D) от 0,0522 до 0,184 (или угла ф от 30 до 60) значение относительной функции теплообмен Уф.сф возрастает в среднем от 0,75 до 1,0. Данная неоднозначность изменения теплоотдачи от относительной кривизны потребовала дополнительного исследования механизма переноса теплоты в кольцевом канале. Сначала рассмотрим область малоинтенсивной закрутки, которая характеризуется параметрами 0 (d3KB/D) 0,0152 или 0 ф 30. Сначала был измерен профиль скорости по высоте кольцевого канала со сферическими выемками на выпуклой поверхности кольцевого канала при углах закрутки потока ф, равных 0 и 30 (рис.3.4). Как видно из этого рисунка, по сравнению с ф=0 при угле закрутки потока 30 наблюдается деформация профиля скорости и перераспределение области переноса кинетической энергии потока от выпуклой поверхности, где поток возмущен воздействием макровихрей, генерируемых сферическими выемками, на периферию к вогнутой гладкой поверхности.
Такую же тенденцию наблюдали, например, авторы монографии Вилемас Ю., Пошкас П. [17] в гладком кольцевом канале с непрерывной закруткой потока шнеком: с увеличением угла закрутки потока на турбулентном режиме течения эффект консервативного воздействия массовых сил на гладкой выпуклой поверхности кольцевого канала возрастал. Отметим, что консервативный эффект воздействия центробежных массовых сил на процесс теплоотдачи около выпуклой поверхности сказывается в исследованном нами случае и в оттеснении масс воздуха с более низкой температурой на периферию - так называемая температурная стратификация среды, которая снижает интенсивность отвода теплоты от выпуклой поверхности в поток воздуха. Установленная тенденция снижения теплоотдачи на выпуклой поверхности кольцевого канала с выемками подтверждается результатами исследований О.Ю. Буланова [84], где этот факт зафиксирован в одиночной полусферической выемке при увеличении относительной кривизны выпуклой поверхности. В этой работе показано, что в полусферической выемке на выпуклой поверхности не только теплоотдача, но и степень турбулентности потока ниже, чем в выемке, установленной на плоской поверхности (рис.3.5).
Теплогидравлическая эффективность интенсификации теплообмена
Теплогидравлическая эффективность интенсификации теплоотдачи в каналах позволяет наглядно оценить, насколько экономично может увеличить теплоотдачу тот или иной интенсификатор теплообмена. В главе 1 диссертации было представлено и проанализировано выполненное А.А. Халатовым [79] обобщение опытных данных в виде зависимости (Nu/NuoV = f(/ o)iie для различных типов интенсификаторов теплообмена. Из представленного обобщения следует, что большинство интенсификаторов теплообмена дают опережающий рост гидравлического сопротивления по сравнению с приростом теплоотдачи. На рис. 4.5 продемонстрированы результаты наших исследований, которые представлены совместно с уравнением коэффициента аналогии Рейнольдса Здесь Nu0 и о - число Нуссельта и коэффициент гидравлического сопротивления в гладком канале в стандартных условиях на турбулентном режиме течения. Из рис.4.5 видно, что наименьшая теплогидравлическая эффективность интенсификации теплообмена выемками на выпуклой поверхности кольцевого канала наблюдается в незакрученном и малозакрученном потоках, т.е. — на турбулентном режиме течения.
При больших углах закрутки, соответствующих турбулентному режиму течения с макровихрями, она повышается за счет более низкого гидравлического сопротивления кольцевого канала. Это относится к углам закрутки потока 45 и 60. Из этих двух случаев более высокий уровень теплоотдачи относится к обтеканию сферических выемок при ф = 60, в условиях максимальной интенсивности продольных макровихрей. Численно этот уровень соответствует теплоотдаче при обтекании сферических выемок без закрутки потока. Важно отметить, что этот положительный эффект предопределяется, в частности, приростом теплоотвода от выпуклой поверхности канала с выемками за счет переноса макровихрями относительно холодного воздуха к поверхности теплообмена, чего не может наблюдаться при двухстороннем подводе теплоты или при одностороннем нагреве наружной стенки кольцевого канала. На рис.4.6 наши опытные данные сопоставлены по энергоэффективности с другими системами интенсификации теплообмена, использующие принципы закрутки потока. На основе обобщения экспериментальных данных была построена методика расчета теплоотдачи на выпуклой теплоподводящей поверхности кольцевого канала со сферическими выемками в условиях непрерывной закрутки потока шнеком. Методика базируется на уравнении для гладкого щелевого канала, которое описывается каноническим уравнением: 1. Задаются исходные данные: - относительная высота канала H/d; - относительная длина канала L/H; - тип теплоносителя; - скорость потока W и его начальная температура Т; - по нашим рекомендациям, исходя из максимального прироста теплоотдачи при условии адекватного прироста сопротивления, выбираем угол закрутки потока ф = 60. 2. Рассчитывается гидравлический диаметр канала (применительно к цилиндрическим шнековым навивкам): 4. На основе вычисленных значений Red3KB рассчитывается базовое значение числа Нуссельта: 5. В соответствии с выбранным вариантом поверхности с выемками по обобщенному уравнению, полученному И.А.Поповым [67] на основе исследований Г.П. Нагоги и др. [60] определяем значение относительной функции теплообмена: Для исследованного нами варианта внутренней поверхности кольцевого канала значение =0 2,2. 6. Для выбранного значения угла закрутки потока ф определяем численное значение относительной функции теплообмена, учитывающей влияние на теплоотдачу в кольцевом канале с выемками влияние закрутки потока шнеком: 7. Число Нуссельта для рассматриваемых условий рассчитаем по уравнению, полученному в данной работе: 8.
Средний коэффициент теплоотдачи: авьш = Nu(X/d3KB). Для примера продемонстрируем результаты сравнительной оценки расчетных параметров ядерного реактора типа ВВЭР-1000 с гладкой оболочкой и с нанесенными на ее выпуклую поверхность сферическими выемками в условиях непрерывной закрутки потока. Исходные данные: - среднее тепловыделение qv= 111,1 МВт/м ;
Похожие диссертации на Теплообмен и гидравлическое сопротивление кольцевого канала с непрерывной закруткой потока и сферическими выемками на выпуклой поверхности
-
