Учебное пособие 800622
.pdf
Рис. 1.38. Теплоотдача и потеря напора для пластинчатой поверхности типа 3,18 – 59,9 с короткими пластинчатыми ребрами
(табл. 1.3) [4]
Рис. 1.39. Теплоотдача и потеря напора для пластинчатой поверхности типа 45 – 9,5 В с волнистыми ребрами (табл. 1.4) [4]
30
Рис. 1.40. Теплоотдача и потеря напора для пластинчатой поверхности типа 70 – 9,5 В с волнистыми ребрами (табл. 1.4) [4]
Таблица 1.1 Характеристики пластинчатых поверхностей
с гладкими ребрами
Условное обозначение поверхности |
Расстояние между пластинами |
h , мм |
Число ребер на 100 мм ширины пакета |
Гидравлический диаметр |
мм |
Толщина ребер δ, мм |
Длина ребра в направлении потока, м м |
3 |
Отношение поверхности ребер к полной поверхности |
/м |
|||||||||
, |
2 |
||||||||
Г |
β, м |
||||||||
4 r |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20,8 |
11,9 |
|
20,8 |
6,15 |
|
0,152 |
63,4 |
616 |
0,719 |
24,4 |
10,3 |
|
24,4 |
5,54 |
|
0,254 |
30,5 |
669 |
0,728 |
35,5 |
20,9 |
|
35,5 |
4,65 |
|
0,203 |
30,2 |
800 |
0,888 |
43,6 |
6,35 |
|
43,6 |
3,08 |
|
0,152 |
63,5 |
1200 |
0,756 |
43,6(а) |
12,2 |
|
43,6 |
3,52 |
|
0,203 |
203 |
1020 |
0,854 |
58,1 |
8,4 |
|
58,1 |
2,58 |
|
0,152 |
63,8 |
1375 |
0,844 |
59,4 |
10,6 |
|
59,4 |
2,67 |
|
0,152 |
174 |
1355 |
0,870 |
78,1 |
6,35 |
|
78,1 |
1,87 |
|
0,152 |
63,8 |
1840 |
0,849 |
31
На рис. 1.14—1.40 представлены зависимости (1.9) и (1.11) для пластинчато-ребристых поверхностей, характеристики которых помещены в табл. 1.1—1.4. Графики расположены в порядке, соответствующем табл. 1.1—1.4. Кривые на графиках построены на основании экспериментальных данных, большинство которых получено методом стационарного режима в условиях нагревания воздуха конденсирующимся паром [1-6]; часть данных получена по методу нестационарного режима [1-7]. Значения ζ определялись на основании результатов продувки в изотермических условиях.
Таблица 1.2 Характеристики пластинчатых поверхностей с разрезными
(жалюзными) ребрами
Условное |
Расстояние между пластинами h, мм |
|
мм |
|
|
|
3 |
Отношение поверхности ребер к полной поверхности |
|
|
|
|
/ м |
||||
обозначение |
|
|
|
|
||||
|
, |
|
|
|
2 |
|||
|
Г |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
поверхности |
Числоребер100ммна шириныпакета |
Гидравлическийдиаметр 4r |
Толщинареберммδ, |
отогнутогоДлинаребра, мм |
Величинаотгибамм, |
β,м |
||
|
||||||||
9,5-23,8 |
6,35 |
23,8 |
4,45 |
0,152 |
9,5 |
1,4 |
840 |
0,640 |
9.5(a) - 23,8 |
6,35 |
23,8 |
4,45 |
0,152 |
9,5 |
3,3 |
840 |
0,640 |
12,7 - 23,8 |
6,35 |
23,8 |
4,45 |
0,152 |
12,7 |
1,4 |
840 |
0,640 |
12.7(a) - 23,8 |
6,35 |
23,8 |
4,45 |
0,152 |
12,7 |
3,3 |
840 |
0,640 |
9,5-34,2 |
6,35 |
34,2 |
3,66 |
0,152 |
9,5 |
1,4 |
1 010 |
0,705 |
9.5(a) - 34,2 |
6,35 |
34,2 |
3,65 |
0.152 |
9,5 |
2,0 |
I 010 |
0,705 |
4,8 - 43,6 |
6,35 |
43,6 |
3,08 |
0,152 |
4.8 |
1.4 |
1 200 |
0,756 |
6,35 - 43,6 |
0,35 |
43,6 |
3,08 |
0,152 |
0,35 |
0.9 |
1 200 |
0,756 |
6,35(В) - 43,6 |
6,35 |
43,6 |
3,08 |
0,152 |
6,35 |
1,4 |
1 200 |
0,756 |
9,5 - 43,6 |
6,35 |
43,6 |
3,08 |
0,152 |
9.5 |
1,4 |
1 200 |
0,756 |
9,5(в) - 43,6 |
6.35 |
43,6 |
3,08 |
0,152 |
9.5 |
1.4 |
1 200 |
0,756 |
12,7 - 43,6 |
6,35 |
43,6 |
3,08 |
0,152 |
12,7 |
1.4 |
1 200 |
0,756 |
19 - 43,6 |
6,35 |
43,6 |
3,08 |
0,152 |
19,0 |
1,0 |
1200 |
0,756 |
19(В) - 43,6 |
6,35 |
43,6 |
3,08 |
0,152 |
19,0 |
1,0 |
1 200 |
0,756 |
32
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.3 |
||
|
Условноеобознаповерхностичение |
Расстояниемежду пластинами мм,h |
реберЧислона мм100ширины пакета |
|
Гидравлический диаметр4 r |
|
Толщинаребер δ, мм |
|
ребраДлинав |
направлениипо- ,токамм |
|
|
мβ, |
Отношениеповерхностиребер к поверхнополной - сти |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6,35(s) - |
0,35 |
43.6 |
|
3,08 |
|
0,152 |
|
6,35 |
|
1 200 |
|
0,756 |
|||||||
|
43,6 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,38 - 48 |
12,3 |
48 |
|
|
3,41 |
|
0,102 |
|
2,38 |
|
1 115 |
|
0,862 |
||||||
|
3.18 - |
10,5 |
59,9 |
|
2,65 |
|
0,152 |
|
3,18 |
|
1 365 |
|
0,873 |
|||||||
|
59,9 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.4 |
||
|
Характеристики пластинчатых поверхностей |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
с волнистыми ребрами |
|
|
|
|
||||||||||||
|
обозначениеУсловноеповерхности |
|
междуРасстояниепластинами мм,h |
100нареберЧислом м ширины пакета |
|
Гидравлическийдиаметр 4 r мм |
|
|
реберТолщинаδ, мм |
|
волныДлина, мм |
|
Амплитуда, мм |
|
мβ, |
|
поверхностиОтношениеребер поверхностиполнойк |
|||
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м / |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
45 - 9.5B |
|
10,5 |
45 |
|
3,24 |
|
0,152 |
|
9.5 |
|
1,97 |
|
1 150 |
0,847 |
|||||
|
70 - 9.5B |
|
10,5 |
70 |
|
2,12 |
|
0,152 |
|
9.5 |
|
1,97 |
|
1 680 |
0,892 |
|||||
В работе Рисовича приведены результаты исследования теплоотдачи и сопротивления пластинчатых поверхностей с короткими ребрами обтекаемого профиля, обеспечивающего безотрывное обтекание. Опыты проводились при коридорном и шахматном расположении ребер. В результате сопоставления с некоторыми из рассмотренных выше поверхностей
33
установлена высокая эффективность таких ребер, что позволяет существенно уменьшить объем и сечение теплообменников газотурбинных установок.
1.2. Теплоотдача и потеря напора для пластинчато-стерженьковых теплообменников
Пластинчато-стерженьковые теплообменники отличаются от рассмотренных выше пластинчато-ребристых тем, что в них происходит поперечное обтекание относительно тонких стержней, связывающих параллельные ограничивающие пластины. На рис. 1.41 показана одна из конструкций такой теплообменной поверхности и ее элементы. В данном случае между двумя ограничивающими пластинами в специальных направляющих пазах размещаются плоские проволочные змеевики; собранный элемент помещается в печь, где происходит расплавление припоя, который после затвердевания обеспечивает хороший термический контакт стержней и пластин.
В других разновидностях таких теплообменников пазы для размещения проволочных змеевиков штампуются в самих пластинах. Иногда между пластинами устанавливаются стерженькисо специальными фиксаторами, после чего производится пайка в печах. Стержни могут располагаться в коридорном или шахматном порядке.
Рис. 1.41. Элементы пластинчато-стерженькового теплообменника [4]
34
Для пластинчато-стерженьковых теплообменников характерны весьма высокие значения коэффициента теплоотдачи; в то же время вследствие отрыва граничного слоя при поперечном обтекании круглых стержней коэффициент сопротивления ζ также достигает высоких значений. При высоких скоростях газа в некоторых типах таких поверхностей возникает свистящий звук, что сопряжено с возрастанием величины ζ.
В табл. 1.5 приведены характеристики пяти различных пластинчато-стерженьковых поверхностей.
Графики на рис. 1.42—1.46 характеризуют теплоотдачу и сопротивление перечисленных поверхностей. На графике для поверхности типа PF = 9 (рис. 1.46) кривая, выражающая зависимость ζ от Re, оборвана при Re = 4 000; в области Re>4000 появляется свистящий звук, и значения ζ возрастают; полученные в этой области данные о сопротивлении не могут считаться надежными.
Таблица 1.5 Характеристики пластинчато-стерженьковых
теплообменных поверхностей
|
Расстояние между пластинами h , мм |
|
, |
|
Шаг в поперечном направлении, м м |
|
|
Отношение поверхности ребер к полной поверхности |
Условное обозначение поверхности |
|
Г |
|
Шаг в направлении потока, мм |
|
|||
Характер расположения стержней |
Гидравлический диаметр 4 r мм |
Диаметр стержней, мм |
3 |
|||||
/м |
||||||||
2 |
||||||||
β, м |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АР-1 |
6 ,1 |
Коридорное |
4,40 |
1 ,0 2 |
3,18 |
3,18 |
616 |
0,512 |
АР-2 |
1 0 ,1 |
Коридорное |
3,58 |
1 ,0 2 |
3,05 |
2,44 |
669 |
0,686 |
PF-3 |
19,0 |
Коридорное |
1.63 |
0,79 |
1,53 |
1,53 |
1110 |
0,834 |
PF-4 |
12,7 |
Шахматное |
5,66 |
1.65 |
5,06 |
3,18 |
459 |
0,704 |
PF-9 |
12,9 |
Коридорное |
9,05 |
1,65 |
6,05 |
5,00 |
314 |
0,546 |
35
Рис. 1.42. Теплоотдача и потеря напора для пластинчатостерженьковой поверхности типа АР-1 (табл. 1.5) [4]
Рис. 1.43. Теплоотдача и потеря напора для пластинчатостерженьковой поверхности типа АР-2 (табл. 1.5) [4]
36
Рис. 1.44. Теплоотдача и потеря напора для пластинчатостерженьковой поверхности типа PF-3 (табл. 1.5) [4]
Рис. 1.45. Теплоотдача и потеря напора для пластинчатостерженьковой поверхности типа PF-4 (табл. 1.5) [4]
37
Рис. 1.46. Теплоотдача и потеря напора для пластинчатостерженьковой поверхности типа PF-9 (табл. 1.5) [4]
1.3. Пример расчета пластинчато-ребристого теплообменника
Для иллюстрации способа использования приведенных графиков и табличных значений, а также соотношений, рассмотренных в ч. 1, ниже приводится расчетный пример.
На рис. 1.47 схематически показан теплообменник газотурбинной установки мощностью 5000 л. с., работающей по разомкнутому циклу.
Условия работы пластинчатого теплообменника характеризуются следующими данными:
Расход влажного воздуха Wвозд 90000 кг/ч.
Влагосодержание воздуха 0,015 кг влаги /кг сухого воз-
духа.
Соотношение количеств топлива и воздуха 0,015 кг топлива /кг воздуха.
38
Используется жидкое нефтяное топливо, характеризующееся соотношением водорода и углерода H / C 0, 015 кг/кг.
Рис. 1.47. Схема пластинчато-ребристого теплообменника газотурбинной установки [4]
Сторона воздуха. На стороне воздуха используется пластинчатая поверхность с разрезными ребрами типа 9.5 - 23,8
(табл. 1.2 и рис. 1.22). |
|
|
Давление воздуха на входе p1 9, 2 ата. |
|
|
Температура воздуха на |
входе (tвозд )вх 175С , |
или |
448 K. |
|
|
Сторона газа. На стороне газа используется пластинчатая |
||
поверхность с гладкими ребрами типа 43,6 (табл. 1.1 и |
рис. |
|
1.17). Давление газана на входе |
(tгаза )вх 430С , или 703 К. |
|
Требуется определить эффективность теплообменника и потерю напора для каждого из потоков.
В процессе решения должны быть последовательно определены:
1.Характеристики каждой из поверхностей по табл. 1.1 и
1.2.
39