книги из ГПНТБ / Календерьян В.А. Теплоотдача плотного движущегося слоя и методы ее интенсификации

Д л я смесей Л 2 = 15; щ = 0,83, для фракций Л 2 = 90; т2 =

=1,2. Предельное значение относительной длины падает с уменьше-

' " * пред

Выражение (IV.9) отличается от приведенного в [45], которое получено на основании данных [130], неверно отражающих влияние

D

симплекса -г.

а

Сравним данные для сферы и горизонтального цилиндра. Как

D

видно из рис. IV . 12, при — = 1 0 теплоотдача сферы значительно вы-

d

ше, чем цилиндра. Это объясняется тем, что условия для образова­ ния и устойчивого существования застойной зоны на поверхности

D

сферы менее благоприятны, чем на цилиндре. При — = » 1 0 застой-

d

ная зона на сфере отсутствует, что приводит к заметной интенсифи­ кации теплообмена в лобовой части. Сравнение в других условиях не может быть выполнено из-за отсутствия данных для сферы.

Несомненный интерес представляют данные для профильных удобообтекаемых поверхностей. Такие данны:, полученные в [131], свидетельствуют о том, что замена круглого профиля трубы чечевицеобразным приводит к интенсификации теплообмена примерно в

D

2,5 раза при неизменном характере зависимости от Ре и — . Видимо,

d

этот вывод носит частный характер. Как показано выше (IV.7), степень интенсификации теплообмена при переходе от круглого ци­ линдра к идеально обтекаемой поверхности — пластине (при L = D)

D

зависит от Ре и — .

d

Приведенные данные позволяют сделать обоснованный выбор компоновки и размеров поверхности нагрева для теплообменников.

получены при изменении геометрических характеристик пучков в узком диапазоне (в [58] изучались два шахматных и два коридорных пучка, в [130]— один шахматный). При этом в [58] обнаружено влия­ ние на теплообмен относительных шагов и номера ряда в пучке, а согласно [1301 теплообмен в пучках не отличается от данных для одиночного цилиндра. Обобщенные зависимости, учитывающие

93

ГЛАВА V

ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ОМЫВАНИИ ОРЕБРЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

V. 1. ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ

В большинстве известных в литературе работ [72, 160, 184, 199, 252] для развитых поверхностей определялись приведенные ко­ эффициенты теплоотдачи (уравнение (II.5)), что позволяет ограни­ читься измерением температуры только несущей поверхности (у основания ребер). Однако такие данные имеют весьма ограниченную ценность, так как в а п р , помимо сопротивления теплоотдачи, учи­ тывается и сопротивление теплопроводности ребер. В связи с этим перенос таких данных на поверхности, выполненные из разных ма­ териалов, с различной толщиной ребер, неправомерен. Указанные термические сопротивления можно разделить, используя коэффици­ ент эффективности ребер, для расчета которого имеются аналити­ ческие зависимости. Большая часть из них получена в предположе­ нии о постоянстве теплоотдачи по поверхности ребра [75, 208, 219, 223, 233], в то время как в действительности это предположение не оправдывается.

Впервые попытка дать методику расчета развитых поверхностей с учетом неравномерного распределения теплоотдачи была сделана

для исследованных типов оребрения. В [127] использовался такой ж е коэффициент. В указанных работах неравномерность оценивали кос­ венно без учета истинного закона изменения теплоотдачи по ребру. Определяющий комплекс mh подсчитывали по среднему коэффи­ циенту теплоотдачи всей поверхности, а не ребер.

Определенная таким образом поправка учитывает не только влия ­ ние неравномерности, но и различие в теплоотдаче ребер и несущсй поверхности, которое в ряде случаев может быть существенным. Кроме того, как показано в [20, 146, 208, 241], поправка зависит от степени неравномерности, комплекса mh и не может быть принята равной постоянной величине. В [171, 172] поправка введена непо­ средственно к коэффициенту эффективности, вычисленному при ус­ ловии ар = const. Кроме того, в [172] экспериментально получена

95

зависимость поправки от комплекса mh для случая обтекания возду­ хом цилиндра с кольцевыми поперечными ребрами.

С учетом целесообразности их раздельного исследования нами была принята следующая методика:

1) изучение среднего теплообмена слоя с развитыми поверхнос­ тями различной конфигурации, нахождение оптимальных характе­

3) теоретический анализ процесса теплопроводности для каждого типа ребер с учетом истинного закона изменения теплоотдачи, разработка рекомендаций для расчета коэффициента эффективности, а также поправки, учитывающей влияние, неравномерности,

зависимость коэффициента эффективности ребер от их размеров, теплопроводности и условий охлаждения.

Принятая методика позволяет получить расчетные зависимости и рекомендации, справедливые в широком диапазоне изменения оп­

ности в зависимостях для коэффициента эффективности и поправки. Кроме того, на основании этих данных могут быть проанализирова­ ны условия работы отдельных элементов поверхности (ребер, ос­ нования), разработана рациональная форма ребер.

96

V. 2. СРЕДНИЙ ТЕПЛООБМЕН С РЕБРИСТЫМИ ЦИЛИНДРАМИ

Одиночные цилиндры

На рис. V . l . показаны калориметры для изучения средней теп­ лоотдачи, схемы расположения термопар и измерений. Термопары расположены в трех сечениях по длине калориметра для возможно­ сти оценки торцевых потерь тепла. В каждом сечении замеряли тем­ пературы в нескольких точках ребра (tpi) и несущего цилиндра (t0;). Горячие спаи термопар изолированы тонким слоем клея БФ-2 и зачеканены в поверхность калориметра, а термоэлектроды выведены по изотермам. Чтобы уменьшить искажение температурного поля, размеры канавок, в которых уложены термопары, сделаны мини­ мальными (погрешность оценивалась по методике [1]).

Коэффициент конвективного теплообмена а рассчитывали по средневзвешенной температуре поверхности

подсчитанной по средним температурам ребер и основания

п

1=1

' Ниже приводится анализ данных по среднему теплообмену для оребрения различной конфигурации.

Теплоотдача оребренных поверхностей зависит от их конфигура­

слоя более существенна для цилиндров с прямыми продольными реб­

ты ребер, особенно заметно проявляется при кольцевом оребрении. Например, для цилиндра диаметром 33,5 мм с изменением высоты ребер от 10 до 30 мм коэффициент теплоотдачи уменьшается на 15%, для цилиндров с прямыми ребрами соответствующие изменения не превышают нескольких процентов. Увеличение диаметра несущего

98

цилиндра во всех случаях приводит к снижению коэффициента теп­ лоотдачи. Аналогично сказывается уменьшение шага кольцевых ре­ бер. Теплоотдача поверхностей со срезанными ребрами от шага прак­ тически не зависит, а с увеличением высоты ребер улучшается. .

Влияние геометрических и режимных характеристик на тепло­ обмен объясняется их влиянием на характер омывания. Ребра не из­

ние (V. 1) с учетом конкретных ус­

ловий может быть упрощено. Так как свойства теплоносителя не из­ менялись, опущены коэффициенты трения. В исследованных пре-

< 114), так как характер омывания определяется главным образом конфигурацией поверхности. Не сказываются и условия движения материала в межреберных зазорах, которое во всех опытах было не-

ваться. Обобщенная зависимость, описывающая теплообмен слоя с продольно оребренными цилиндрами (рис. Ѵ.З), имеет вид

Теплоотдача цилиндров с кольцевым оребрением описывается кри­ териальным уравнением (рис. V.5)

100

Д л я с р е з а н н ы х ребер независимость интенсивности тепло­ обмена от относительного шага ребер иллюстрируется рис. V.6. Приведенные здесь данные, полученные на различных цилиндрах

ж е некоторые выводы о влиянии относительной высоты ребер. Срав-

101

нение показывает, что с ростом высоты ребер теплоотдача несколь­ ко улучшается (линии / и / / ) , так как обтекание ребер носит более благоприятный характер, чем несущего цилиндра. Однако приве­ денных данных недостаточно для надежного учета фактора-^- в об­ общенной зависимости. В связи с этим для срезанных ребер предва­

Критериальныг уравнения (V.6)—(V.8), описывающие теплооб­ мен плотного слоя с поперечно омываемыми оребренными поверх­ ностями, с вероятной ошибкой ± ( 7 , 5 — 8 ) % справедливы в следующих

Пучки ребристых цилиндров

Д л я пучков оребренных цилиндров изучались: а) характер из­ менения теплоотдачи по рядам; б) влияние относительных продоль­ ных и поперечных шагов труб на теплоотдачу. Использовалось оребрение, по геометрическим характеристикам близкое к оптималь­ ному. Пучки составляли из цилиндров диаметром D = 33,5 мм с кольцевыми ребрами высотой h = 15 мм и шагом s = 22 мм.

Д л я плотного слоя целесообразно шахматное расположение труб в пучке, так как при этом улучшается перемешивание, обеспечи­ вается интенсификация теплообмена и более равномерный прогрев (охлаждение) материала. Были исследованы восемь шахматных пуч­ ков. Каждый пучок собран из четырех горизонтальных рядов по три цилиндра в каждом. В опытах применен метод локального теп­ лового моделирования. Данный обрабатывали в относительных ве­ личинах: теплоотдача отдельных рядов и всего пучка в целом отно-

102