Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время одним из самых дорогих энергетических ресурсов является тепловая энергия. Ее высокая стоимость вызвана как проблемами се производства, так и проблемами ее эффективной передачи и использования. Тепловая энергия от момента производства до пользователя несколько раз проходит преобразование в различных теплообменных устройствах, тепловая эффективность которых часто не превышает 40-70%.
Проблемы увеличения теплогидравлической эффективности, снижения весогабаритных характеристик и повышения надежности теплообменного оборудования могут успешно решаться при помощи использования различных интенсификаторов теплоотдачи. Одним из наиболее эффективных способов интенсификации теплоотдачи при одно- и двухфазных течениях является закрутка потока, которая может быть относительно просто организована специальными вставками в трубчатые и кольцевые каналы.
Имеющаяся информация по вопросам гидродинамики и теплообмена в каналах с закруткой получена в основном экспериментальным путем, подходы к обобщению экспериментальных данных разноречивы и также нуждаются в дополнительном анализе. Данные по влиянию входных условий на теплоотдачу и гидравлическое сопротивление каналов с закруткой незначительны. Поэтому задача экспериментального исследования гидродинамики и теплообмена в таких каналах является актуальной и имеет практический интерес.
Цель работы: на основе экспериментального исследования получение зависимостей и выработка рекомендаций для расчета теплогидравлических характеристик в каналах с непрерывной по длине закруткой при одно- и двухфазных течениях.
Конкретными задачами работы являлись:
создание автоматизированного экспериментального стенда для исследования теплообмена и гидродинамики одно- и двухфазных течений в каналах различной формы;
на основе экспериментального исследования определение влияния входных и выходных условий на теплоотдачу и гидравлическое сопротивление труб со вставленной скрученной лентой;
на основе экспериментального исследования получение зависимостей для расчета теплоотдачи и гидравлического сопротивления кольцевых каналов с закруткой при однофазном течении;
на основе экспериментального исследования выявление особенностей кипения в кольцевых каналах с относительно узким зазором и закруткой потока при низких (Р=0.1...0.5 МПа) и высоких (Р«10 МПа) давлениях, выработка рекомендаций для расчета температуры начала поверхностного кипения.
* В руководстве работой принимал участие канд. техн. наук Л.Б.Яковлев
Научная новизна:
Получены зависимости для расчета теплоотдачи на начальном участке капала со вставленной скрученной лентой при осевом и радиальном входе.
Получены обобщающие зависимости для расчета теплоотдачи при ламинарном и турбулентном режимах течения на вогнутой и выпуклой поверхностях кольцевых каналов с закруткой в широком диапазоне режимных и конструктивных параметров.
3. Даны рекомендации для расчета гидравлического сопротивления
кольцевых каналов с непрерывной закруткой.
Получена зависимость для определения температуры начала кипения на вогнутой поверхности кольцевых каналов с закруткой в широком диапазоне давлений, даны рекомендации для расчета температуры начала кипения на выпуклой и вогнутой поверхностях кольцевых каналов с закруткой.
Описаны особенности развитого кипения на выпуклой и вогнутой поверхностях кольцевых каналов с закруткой.
Достоверность н обоснованность результатов подтверждаются соответствующей точностью и тарировкой всех измерительных систем, выполнением ряда тестовых опытов и хорошим согласованием их результатов с работами других исследователей, использованием современных компьютерных аппаратных и программных средств для обработки данных, соответствием полученных результатов физическим представлениям о процессах переноса в данном классе технических способов повышения тепловой эффективности теплообменного оборудования.
Практическая ценность. Практическое использование результатов работы позволяет:
расширить фундаментальные знания о процессах теплообмена и гидродинамики в полях массовых сил;
проводить тепловые и гидродинамические расчеты теплообменного оборудования с использованием преимуществ непрерывной закрутки потока;
осуществлять сравнительный анализ различных теплообменных аппаратов и испарителей с непрерывной закруткой потока.
Материалы работы могут быть использованы в учебном процессе и на предприятиях, занимающихся проектированием и созданием теплообменных аппаратов.
Созданный экспериментальный стенд используется для проведения лабораторных работ в учебном процессе и для выполнения научных исследований по другим тематикам.
Основные результаты работы вошли в научно-технические отчеты по проекта № 2.1.2.6501, № 0120.0511620, № 0120.0511000 аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы», проекту по государственному контракт № 02.516.11.6025 между Федеральным агентством по науке и инновациям и Казанским научным центром Российской академии наук, проекту РФФИ № 06-08-00283-а, НИР но договору подряда № 09-2/2004 (Г) на средства Фонда НИОКР РТ.
Апробация работы. Полученные основные результаты докладывались и были одобрены на всероссийской молодёжной научной конференции «XI Туполевские чтения» (г.Казань, 2003) и «XIV Туполевские чтения» (г.Казань, 2006), Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» (г.Казань, 2006), IV Российской национальной конференции по теплообмену (г.Москва, 2006), XVI Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И.Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (г.Санкт-Петербург, 2007), 5-ой научной школе-конференции "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики" (Украина, г.Алушта, 2007), 5-ой Балтийской конференции по теплообмену (г.Санкт-Петербург, 2007), Третьей международной конференции «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках» (г.Москва, 2008).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 статьи в центральных российских изданиях, рекомендованных ВАК, 4 доклада в сборниках трудов конференций и 4 тезиса доклада.
Личный вклад автора: автором создан экспериментальный стенд в соответствии с целями исследования; проведены эксперименты, выполнены обработка, анализ и обобщение полученных результатов.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованных источников, насчитывающей) 122 наименования. Объем диссертации составляет 161 страницу машинописного текста, включая 88 рисунков и 6 таблиц.
