Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор работ по исследованию закономерностей тепломассообмена на поверхности поперечно обтекаемого цилиндра и постановка задач исследования 7
1.1. Аналогия процессов переноса тепла и массы 7
1.2. Основные характеристики турбулентных течений и методы их определения 10
1.3. Гидродинамические особенности поперечного обтекания цилиндра 17
1.4. Тепло- и массообмен цилиндра, обтекаемого невозмущенным потоком 29
1.5. Влияние турбулентности внешнего потока на тепло-и массообмен цилиндра 36
1.6. Постановка задачи исследования и программа ее выполнения 55
2. Некоторые гидродинамические характеристики осредненного течения и распределение давления по периметру цилиндра 58
2.1. Экспериментальная установка 58
2.2. Определение поля скоростей 60
2.3. Определение распределения давления по периметру цилиндра 62
2.4. Определение характеристик турбулентности набегающего потока жидкости 65
3. Тепло- и массоперенос при обтекании цилиндра 72
3.1. Методика экспериментального исследования теплообмена 72
3.2. Методика экспериментального исследования массообмена 75
4. Результаты 82
4.1. Гидродинамика потока. Осредненное течение в канале без генератора турбулентности 82
4.2. Распределение давления по периметру цилиндра. 85
4.3. Характеристики турбулентности набегающего потока жидкости; 88
4.4. Влияние турбулентности набегающего потока на теплообмен при поперечном обтекании цилиндра . 96
4.5. Влияние турбулентности набегающего потока на локальные и средний коэффициенты массообмена при поперечном обтекании круглого цилиндра 111
4.6. Влияние числа Прандтля на тепло- и массоперенос
при поперечном обтекании цилиндра 117
4.7. Аналогия процессов тепло- и массообмена при поперечном обтекании цилиндра турбулизированным потоком 128
4.8. Сравнение результатов по обтеканию цилиндра при больших значениях интенсивности турбулентности набегающего потока с данными по обтеканию пучка труб 135
Заключение 138
Литература 140
Приложения 157
- Гидродинамические особенности поперечного обтекания цилиндра
- Определение характеристик турбулентности набегающего потока жидкости
- Влияние турбулентности набегающего потока на теплообмен при поперечном обтекании цилиндра
- Аналогия процессов тепло- и массообмена при поперечном обтекании цилиндра турбулизированным потоком
Введение к работе
Большинство основных процессов химической технологии связано с движением жидкости в технологическом оборудовании.Такие операции, как выщелачивание, абсорбция, экстракция и перегонка, играют важную роль при подготовке реагентов и выделении продуктов реакции. На каждой стадии процесса необходимо транспортировать жидкость, поддерживать определенные режимы температуры и химического состава. Поэтому законы гидромеханики, тепло-и массопередачи существенны для всего технологического процесса. Выявление общих закономерностей протекания процессов переноса и межфазного обмена позволяет развить общую теорию этих процессов, рассчитать и осуществить в производственных условиях оптимальные технологические режимы.
Ввиду чрезвычайной сложности процессов переноса, особенно при турбулентном гидродинамическом режиме, исследование закономерностей и механизма этих процессов осуществляют на простейших системах, для которых в принципе возможно экспериментальное и теоретическое определение количественных динамических и кинетических характеристик. Одной из наиболее распространенных простейших модельных систем такого рода является круглый цилиндр, обтекаемый в поперечном направлении турбулентным потоком жидкости. Эта система, которая представляет собой типичный элемент для многих конструкций тепло- и массообменной аппаратуры (таких, как насадочные колонны, фильтры, турбулизующие устройства, теплообменники и др.), в течение длительного времени является объектом для интенсивного теоретического и экспериментального исследования. Так, были получены точные решения гидродинамической, тепловой и диффузионной задач для окрестности передней критической точки, где реализуется течение в ламинарном пограничном слое с продольным градиентом скорости. Эти решения позволили аналитически определить профили скоростей и коэффициенты тепло- и массопередачи. Были получены количественные экспериментальные данные, описывающие процессы переноса в кормовой части цилиндра за зоной отрыва потока. Эти данные в совокупности с результатами теоретического анализа послужили базой для установления ряда важных количественных закономерностей тепло- и массоотдачи от цилиндра, обтекаемого турбулентным потоком жидкости или газа.
Однако, несмотря на существование многочисленных экспериментов по теплообмену от цилиндров для чисел Прандтля гг% I, в настоящее время проведено сравнительно мало исследований по изучению влияния турбулентности набегающего потока на тепло- и массообмен при больших числах Прандтля. Такие исследования необходимы для расчета ряда массообменных процессов, протекающих в установках химической промышленности, а также для построения качественной и количественной теории воздействия турбулентных пульсаций на процессы переноса.
Существенное расхождение между теорией и экспериментом о влиянии набегающего потока на скорость переноса при Рг І для случая обтекания цилиндра свидетельствуют о том, что этот вопрос изучен недостаточно. Экспериментальные работы, демонстрирующие влияние турбулентности внешнего течения на скорость мас-сопереноса, немногочисленны. Требуются дальнейшие исследования подробностей механизма изменения процессов переноса как в пограничном слое, так и в зоне от цилиндра под влиянием турбулентности внешнего течения.
В связи со сказанным выше представляется важным изучение характеристик турбулентности набегающего потока и оценка влияния этих характеристик в одних и тех же аппаратурных условиях на процессы теплообмена (Рг s I) и диффузионного растворения ( Рг I) при поперечном обтекании цилиндра. Цель работы, являющейся предметом настоящей диссертации, состояла в следующем:
1. Экспериментально изучить влияние характеристик турбулентности набегающего потока жидкости на интенсивность переноса при поперечном обтекании круглого цилиндра,
2. Учесть влияние числа Прандтля на локальный и средний тепло- и массообмен при поперечном обтекании цилиндра турбулентным потоком жидкости путем сопоставления полученных в одинаковых аппаратурных условиях данных по тепло- и массообмену.
3. Проверить и уточнить в широком диапазоне чисел Прандтля аналогию тепло- и массообмена при поперечном обтекании цилиндра потоком турбулизированной жидкости.
На защиту выносятся следующие результаты:
1. Экспериментальные данные по исследованию микроструктуры потока в прямоугольном канале за пластинчатым генератором турбулентности.
2. Экспериментальные данные по местной и средней тепло-( г & 7) и массоотдаче ( Рг« - 940) поперечно обтекаемого круглого цилиндра турбулизированным ( Ы = 4,0 - 45,0 %) потоком жидкости в диапазоне Ке = 1,9.10 - 1,9.10 .
3. Результаты исследования влияния Ти ца тепло- и массообмен для различных значений числа гг ,
4. Выводы, подтверждающие аналогию процессов тепло- и массообмена при поперечном обтекании круглого цилиндра.
Гидродинамические особенности поперечного обтекания цилиндра
Термоанемометры обладают высокой чувствительностью к пульсациям скорости (до 0,01 % от U ), значительным быстродействием, имеют достаточно хорошее пространственное разрешение (0,5-I мм). Вместе с тем у них имеются серьезные недостатки: ненадежность чувствительного элемента, особенно при работе в капельной жидкости, необходимость тарировки, возмущение потока чувствительным элементом, зависимость от температуры потока, нелинейность характеристики преобразования, нестабильность показаний вследствие загрязнения чувствительного элемента и т.д.
Новые возможности в экспериментальном изучений турбулентности открывают лазерные допплеровские измерители скорости /40/. Излучение лазера при тех мощностях, которые необходимы для измерений, практически не вносят в поток никаких возмущений. Частота допплеровского сигнала линейно связана с измеряемой скоростью. Метод позволяет достичь хорошего пространственного разрешения, не требует никакой градуировки,и скорость определяется через частоту допплеровского смещения, длину волны излучения лазера и геометрические параметры оптической системы. I.3, Гидродинамические особенности поперечного обтекания цилиндра
Обтекание цилиндра поперечным потоком реальной жидкости -сложное явление, характер которого зависит от числа Реинольдса, степени турбулентности набегающего потока и условий ограничения потока стенками канала. Рассмотрим влияние каждого из указанных факторов.
При поперечном обтекании цилиндра однородным безграничным и ничем больше не возмущенным установившимся потоком вязкой несжимаемой жидкости все безразмерные величины, описывающие поле течения, зависят от числа Реинольдса /7/. В зависимости от величины числа Реинольдса можно выделить несколько характерных режимов обтекания цилиндра /18, 118/.
При Re I силы инерции в большей части поля течения пренебрежимо малы по сравнению с силами вязкости и обтекание цилиндра является безотрывным: линии тока плавно огибают всю его поверхность, а поток начинает отделяться от поверхности цилиндра в кормовой его точке. С увеличением числа Реинольдса до 3-6 ламинарный пограничный слой отрывается и за цилиндром образуется два симметричных, постоянно циркулирующих вихря. Течение в следе остается ламинарным и устойчивым.
Анализ аналитических и экспериментальных исследований позволил предположить /7/, что существует определенное число Реинольдса, при котором за цилиндром появляются замкнутые линии тока. С.Танеда /135/ измерил длину стационарных вихрей исходя из ряда фотографий линий тока, и его результаты свидетельствуют о том, что вихри появляются впервые при Re » 6. Для значений числа Рейнольдса от 30 до 40 течение становится неустойчивым по отношению к малым возмущениям (диссипативное влияние вязкости оказывается сравнительно слабым). Неустойчивость сначала возникает в следе на некотором расстоянии за цилиндром и приводит к медленным колебаниям следа с амплитудой, возрастающей с расстоянием вниз по потоку. При /?е 40 устойчивость движения в циркуляционной зоне теряется, вихри становятся асимметричными и, попеременно отрываясь от поверхности цилиндра, уносятся потоком жидкости. Образовавшийся вихревой след (так называемая вихревая дорожка Кармана) также является ламинарным и устойчивым на достаточно большом (до 100 диаметров) расстоянии вниз по потоку /105/. При числах Рейнольдса больших 100 два вихря непосредственно за цилиндром становятся слабо различимыми, хотя вихревая дорожка продолжает формироваться в следе вплоть до значительно больших чисел Рейнольдса.
При Re = 150 в следе за цилиндром происходят нерегулярные периодические возмущения, продолжающиеся до Re 300. В этом диапазоне чисел Рейнольдса имеет место переходный режим. При возрастании чисел Рейнольдса структура следа становится трехмерной /86/ и полностью турбулентной, отрыв вихрей - регулярным. Этот вид течения в следе за цилиндром сохраняется до наступления так называемого критического режима обтекания при Re 2.I05, когда наблюдается резкое уменьшение сопротивления давления. Это явление получило название "кризиса сопротивления", характеризующегося более высоким разрежением в кормовой части цилиндра и нарушением регулярности отрыва вихрей, которое сохраняется до Re = 6.10 , что и является пределом критического режима обтекания. С чисел Рейнольдса больших 1,5.10 начинается сверхкритический режим обтекания цилиндра и при Re 3,5.10 , как установил А.Рошко /125/, периодичность отрыва вихрей в следе за цилиндром восстанавливается.
В докритической области обтекания ламинарный пограничный слой, существующий в лобовой части цилиндра, отрывается при f = 82. С наступлением критических режимов обтекания картина существенно изменяется, роль отрыва становится более сложной /7, 51, 63, 125, 131, 136/. Сразу за точкой отрыва ламинарного пограничного слоя, вниз по потоку в отошедшем пограничном слое, происходит переход к турбулентному режиму течения с последующим обратным присоединением теперь уже турбулентного пограничного слоя к поверхности цилиндра и отрывом последнего при f = = 140. Область, заключенная между временно отделившимся слоем и поверхностью цилиндра, представляет собой пузырь отрыва со слабым рециркуляционным течением.
Определение характеристик турбулентности набегающего потока жидкости
В экспериментальных исследованиях по теплообмену /38, 82, 87, 95, 115, 126, 129, 142/ от цилиндра, обтекаемого потоком воздуха повышенной турбулентности, выполненных в диапазоне чисел Рейнольдса Ra = 5.I03 - 4,26.10 , показано существенное увеличение коэффициентов теплоотдачи. Однако в этих работах не были определены количественные характеристики турбулентности внешнего течения. Первые количественные результаты были получены в /72/. В /69, 90/ экспериментально доказано, что повышенная турбулентность набегающего потока уменьшает критическое число Рейнольдса, и характер распределения чисел Нуссельта по периметру цилиндра соответствует отрыву от его поверхности турбулентного пограничного слоя при /? г 10 . Кестин и Me дер /100/ убедительно доказали, что турбулентность набегающего потока влияет не только на распределение локальных чисел Нуссельта,но и на положение точки отрыва пограничного слоя.
Ван дер Хегге Цииненом /92/ было проведено экспериментальное изучение теплообмена при поперечном обтекании цилиндра в диапазоне чисел Рейнольдса от 60 до 2,58.10 . Степень турбулентности набегающего потока изменялась от 2 до 13 %, отношение интегрального масштаба к диаметру цилиндра: от 0,31 до 240. Показано, что имеется оптимальное значение /6 1,6, при котором увеличение теплообмена достигает своей максимальной величины. Б /58/ при интерпретации опытов Ван дер Хегге Циинена высказывается предположение, что существование максимума при фиксированном значении /с/ , по-видимому, указывает на своего рода резонанс между осредненной частотой турбулентного потока и частотой образования вихрей в следе за цилиндром. В работе /108/ отмечено, что низкочастотные пульсации набегающего потока сильно возрастали в окрестности передней критической точки.
Кестин с сотр. /I0I-I03/ показали, что турбулентность набегающего потока вызывает значительную интенсификацию теплообмена на лобовой части цилиндра, где сохраняется режим ламинарного пограничного слоя. Из сравнения данных работы /85/ с теоретическими расчетами Фреслинга /84/ для случая обтекания лобовой части цилиндра невозмущенным потоком при Re. = 2,2.10 следует, что при Тц - 2,7 % для передней критической точки число Нуссельта возрастает в 1,8 раза. В работах /84, 98/ установлено, что для Рг ее I чувствительность теплообмена в окрестности передней критической точки цилиндра турбулентность внешнего течения с возрастанием числа Рейнольдса повышается. Такая же закономерность наблюдается и при обтекании сфер /75/.
Работы Е.П.Дыбана, Э.Я.Эпик, Л.К.Козловой /II, 15, 16, 33, 60, 80/ посвящены изучению теплоотдачи цилиндра, обтекаемого турбулизированным потоком. В ДІ, 80/ приведены данные о закономерностях теплообмена для лобовой поверхности цилиндра, в /16/ рассмотрено влияние степени и масштаба турбулентности на распределение средних, а также локальных коэффициентов теплоотдачи, и на особенности его обтекания. Измерения проводились в диапазоне /?е = 2.I03 - 8.I04 и Ти =0,3-25 %. При низких 1и на лобовой поверхности цилиндра ( 60) с ростом Ке имеет место лишь незначительное расслоение кривых изменения коэффициента теплоотдачи, тогда как за зоной отрыва наблюдается более интенсивный рост теплообмена. При высоких /и с увеличением / е наблюдается существенное возрастание теплообмена по всей поверхности цилиндра, более явно выраженное на его лобовой части. При Kz-conji. коэффициенты теплоотдачи расслаиваются на лобовой поверхности цилиндра в зависимости от Ш и стягиваются к задней критической точке. Это вызвано тем, что на кормовой поверхности их изменение происходит по-разному: при Тц 12 % имеет место достаточно резкое возрастание коэффициентов теплоотдачи по направлению к задней критической точке, прогрессирующее с ростом АС ; при Ти 12% изменение коэффициентов теплоотдачи при У - 90 150 является весьма слабым. Указанное воздействие Тц на распределение локальных коэффициентов теплоотдачи по периметру цилиндра приводит к существенному возрастанию среднего теплообмена. При низких Іи пре 40
вышение локальных коэффициентов теплоотдачи над средними наблюдается как на лобовой, так и на кормовой его поверхности; при высоких Ти интенсификация теплообмена существеннее на лобовой поверхности. Поэтому в целом основной прирост среднего теплообмена имеет место за счет лобовой поверхности цилиндра.
В проведенном исследовании не обнаружено заметного влияния на теплообмен относительного продольного масштаба турбулентности 7с/ (в работе yd изменялось от 0,35 до 1,65). Полученные данные не подтверждают результаты исследования /92/, где влияние продольного масштаба на средний теплообмен было весьма существенным, а при yj 1,6 имелся явно выраженный максимум интенсификации теплообмена. Изменения спектральных характеристик следа не подтвердили и выдвинутой в /58/ для обоснования результатов /92/ гипотезы о наличии в нем резонанса при значениях, близких к 1,2.
Как показано в работе Д6/, интенсификацию теплообмена под воздействием 7и удобно оценивать коэффициентом ЬуТи , представляющим собой отношение числа Нуссельта для данной точки цилиндра при данном Re в турбулизированном потоке (A%,r ) к его значению в той же точке при том же К е. , но "нулевой турбулентности" потока (
Для учета влияния степени турбулентности набегающего потока на теплообмен в передней критической точке в работе /79/ предложены следующие эмпирические зависимости: Кроме того, в работе показано, что представление опытных данных в виде эмпирических зависимостей не позволяет сделать окончательный вывод о том, какой параметр /?е/б/ или la/Re .оказывается предпочтительней при обобщении результатов экспериментов, вследствие чего вопрос о механизме влияния /of на тепло-перенос в ламинарном пограничном слое остается открытым.
Ламинарный пограничный слой, развивающийся на лобовой поверхности цилиндра, обтекаемого турбулизированным потоком, по некоторым своим характеристикам подобен пристенной части турбулентного пограничного слоя. Проникающие в ламинарный пограничный слой из внешнего потока турбулентные пульсации при приближении к стенке затухают, повышая полную вязкость жидкости. Следствием этого является некоторое утолщение ламинарного слоя с ростом lu . При таком подходе влияние Ти может быть учтено за счет соответствующего изменения по толщине слоя вязкости и теплопроводности жидкости.
Влияние турбулентности набегающего потока на теплообмен при поперечном обтекании цилиндра
Локальные и средние коэффициенты массоотдачи при поперечном обтекании круглого цилиндра изучали путем растворения поверхности цилиндра, изготовленного прессованием порошкообразной бензойной кислоты, в потоке воды. Эксперимент проводился в неподвижном канале прямоугольного сечения в тех же аппаратурных условиях, что и теплообмен. Экспериментальная установка изображена на рис. 9. Объектом исследования так же, как и при изучении теплообмена, служил круглый цилиндр диаметром 8,5 мм.
Температура воды і = 25+0,1 С, при этом диффузионное число Прандтля гг. = 940. Область чисел Рейнольдса охватывала диапазон #е = 2,2.103 - 1,9.104. Опыты проводили без турбулизирующей решетки и при трех ее положениях в экспериментальном канале (-? 3, 6, 13), что позволяло изменять степень турбулентности набегающего потока в пределах Ы = 4,0-45,0 %, Загромождение канала составляло 0,11.
Изготовление опытных образцов При изготовлении образцов использовали методику, изложенную в работе /46/. Цилиндрические образцы получали прессованием порошкообразной бензойной кислоты марки ЧИА. Образцы получали в пресс-форме, состоящей из матрицы и пуансона. Матрица представляла собой полый цилиндр, формующая внутренняя поверхность которого соответствовала 12 классу чистоты. Пуансон -сплошной цилиндр с поверхностью такой же чистоты. Это позволяло получать опытные образцы с чистотой поверхности, соответствующей 9 классу, то есть со средним арифметическим отклонением профиля Ка = 0,25-0,30 мкм. Измерения шероховатости поверхности образцов проводились в условиях заводской лаборатории про-филеметром модели 253 и профилографом-профилеметром модели 201. Схема опытного образца представлена на рис. 15. Процедура прессования состояла в следующем. Все металлические детали цилиндра и пресс-формы промывали ацетоном, протирали и просушивали. В матрицу вставляли деталь I цилиндра, засыпали порцию порошкообразной бензойной кислоты и после равномерного ее распределения в матрицу вводили деталь 2 цилиндра. Для лучшего сцепления прессуемого вещества с металлом соприкасающиеся с бензойной кислотой поверхности деталей I и 2 были грубо обработаны. Конструкции деталей цилиндра (отверстие в I и выступ в 2) обеспечивали достаточную прочность образцов. Прессование проводили на ручном гидравлическом прессе при давлении 150 МПа.После достижения указанного давления образец извлекали из пресс-формы. Для этого пресс-форму устанавливали на полую цилиндрическую подставку, помещенную на нижней плите пресса, верхнюю плиту подводили до упора в торец пуансона и выталкивали образец. Таким образом получали составной образец. Растворению подвергалась только центральная часть образца высотой t , состоящая из бензойной кислоты. После прессования растворяющуюся поверхность образца промывали в дистиллированной воде, вытирали, помещали образец в эксикатор и выдерживали до постоянной массы. В экспериментальную установку (см. рис. 9) заливали дистиллированную воду, включали насос и устанавливали необходимый режим работы, используя индукционный расходомер ИР-ІІ. Температуру воды доводили до 25 С, регулируя расход и температуру рассола в термостатирующей рубашке. Опытные образцы извлекали из эксикатора, взвешивали на аналитических весах (с точностью до 0,1 мг), измеряли радиальные размеры (с точностью до 1,0-1,5 мкм) и длину рабочего участка С (с точностью до 0,1 мм) и крепили образец в цанговом держателе. На держателе имелась риска, которую совмещали с риской на детали 2 цилиндра. Отключали двигатель насоса и помещали образец в экспериментальный канал перпендикулярно потоку в строго определенном положении, которое достигалось одинаковой фиксацией держателя в крышке канала. Включали двигатель насоса, одновременно включая секундомер, и начинали опыт. На протяжении всего опыта температура жидкости поддерживалась 25+0,1 С, что контролировалось лабораторным ртутным термометром. Продолжительность экспериментов была от 3 до 13 минут, причем меньшее время соответствовало большей скорости потока жидкости. Время эксперимента выбиралось на предварительных опытах так, чтобы, с одной стороны, поток жидкости не разрушал поверхность рабочего участка образца, а с другой, - чтобы поперечные изменения размеров образца были достаточными для последующего их измерения с точностью 1-2 %. По истечении времени, соответствующего данному режиму обтекания, установка отключалась, из рабочего канала быстро извлекали цилиндрические образцы, которые вытирали фильтровальной бумагой насухо. Затем образцы высушивали в эксикаторе до постоянной массы и по разнице масс до и после опыта определяли средний по периметру коэффициент массоотдачи, а путем измерения изменений радиальных размеров образца за время опыта - локальные коэффициенты массоотдачи.
Аналогия процессов тепло- и массообмена при поперечном обтекании цилиндра турбулизированным потоком
В работе Мицушины с сотр. /117/ отмечено, что при низких степенях турбулентности Ты $ 2,3 % существует аналогия между тепло- и массообменом для Рг - 0,7 и /\ = 1230.
Результаты нашей работы свидетельствуют о том, что имеется удовлетворительная аналогия во влиянии турбулентности набегающего потока на распределение локальных чисел Нуссельта для случая теплообмена ( / 0,7; 7) и конвективной диффузии ( Рг = 940) при высоких степенях турбулентности Т( = (4,0 -45,0 %). Как видно из рис. 57, аналогия выполняется и для средних по периметру цилиндра чисел Нуссельта. В /117/ показано, что аналогия во влиянии турбулентности на суммарные процессы переноса при обтекании цилиндра выполняются для Рг I и гЦ я 10 при Ти 2,3 %.
Данные, полученные нами, позволяют считать, что аналогия соблюдается и при высоких степенях турбулентности ( /014 45 %)
В работе /20/ показано, что при обтекании трубы в пучке Ти изменяется от 10 до 60 %, По диапазону изменения То( течение за решетками, используемыми в данной работе, имеет сходство с течением в глубине шахматного пучка.
Турбулентность и ее возникновение в межтрубном пространстве зависят от конфигурации пучка и числа Re . В пучке с большими продольными шагами переход из ламинарного течения в турбулентное в межтрубном пространстве осуществляется постепенно с ростом числа КЄ . Сначала возрождается вихреобразное течение с большими вихрями, которое с ростом скорости получает дополнительно кинетическую энергию и превращается в течение с мелкими вихрями. В пучках с малыми продольными шагами этот процесс происходит мгновенно, мелкие вихри возникают при Re 10 .
Определение поля скоростей аналитическим методом при потенциальном обтекании ряда показывает, что в зависимости от величины поперечного шага профиль скорости в наименьшем проходном сечении может быть как близким к прямолинейному, так и имеющим в середине впадину. Если поперечный ряд обтекается реальным потоком, то из-за существования вязкостных сил профиль скорости выравнивается, впадина в середине прохода несколько сглаживается, а скорость у поверхности цилиндров уменьшается.
Результаты экспериментального исследования средней теплоотдачи для пучков различной геометрии представлены в работе /20/. Установлено, что теплоотдача первого ряда шахматных пучков в зависимости от относительного поперечного шага а= ± и относительного продольного шага I - -7і- и числа #е на 3-40 % меньше, чем теплоотдача глубинных. В интервале г г от 100 до 14000 влияние физических свойств жидкости учитывается показателем степени при Рг , равным 0,36.
Связь между условиями обтекания и теплоотдачей выражается показателем степени при критерии Re , который равен 0,60 для всех пучков во всем интервале чисел Re . Проанализировано влияние шагов на теплоотдачу. В основном теплоотдача увеличивается с уменьшением продольного шага и, в меньшей мере, - с увеличением поперечного шага. Геометрию пучка можно учитывать парамет-ром ( j-J при j I 2.
Учитывая, что наши исследования проведены для одиночного цилиндра, сравнение результатов настоящей работы мы проводили с теми данными работы /20/, для которых отношение Я. = I. Это позволило исключить влияние геометрического фактора.
Как показано на рис. 58, при обтекании трубного пучка ( j- - I) данные по массообмену, используемые в качестве аналога процесса переноса тепла, дают приемлемую точность расчетов. 1. Изучено распределение скоростей и интенсивности турбу лентности в продольном и поперечном направлениях в канале пря моугольного сечения в широком диапазоне значений гидродинами ческих параметров ( Re = 1,9.103 - І,9.І04, Ти = 4,0 45,0 %). 2. Исследованы количественные характеристики, интенсифицирующие влияние турбулентности на тепло- и массообмен между цилиндром и поперечно обтекающим его потоком воды в диапазоне изменения степени турбулентности от 4,0 до 45,0 %. 3. Проведены измерения локальных коэффициентов массоотда-чи при поперечном обтекании цилиндра турбулентным потоком воды. На основании полученных данных проанализировано влияние степени турбулентности на кинетику массообмена в различных точках периметра цилиндра. 4. Проведены измерения локальных коэффициентов теплоотдачи в гидродинамических условиях, идентичных условиям экспериментов по массообмену. Выявлена зависимость локальной скорости межфазного обмена от числа Прандтля при заданной степени турбулентности. 5. Установлено, что в исследованном интервале значений числа Рейнольдса и степени турбулентности существует аналогия во влиянии степени турбулентности на локальные числа Нуссельта для теплообмена и для массообмена.
