2 А) б) в) г) Рисунок 60 - Схема поверхностей с наклонным дискретным оребрением .2.3 Конструкция конвективной поверхности нагрева «жалюзийного» типа

Ребро представляет собой наклонные пластинки длиной = 8 мм, расположенные под углом  = 48° к горизонту (жалюзи, рисунок 61).

Таким образом, по межреберным каналам шириной S_гор движется горячий воздух, а по каналам шириной S_хол – холодный воздух. Размеры h, и угол , согласно [90], связаны соотношением

. (101)

Длина наклонной пластинки определяется технологией изготовления ребра. Чем меньше , тем выше средняя теплоотдача на пластинке.

Корректировка всех параметров оребрения может быть выполнена после проведения опытов по измерению распределения скорости в канале и по визуализации течения на таком ребре.

2.2.4 Экспериментальная установка

Принципиальная схема экспериментальной установки для исследования теплоотдачи при свободной конвекции на интенсифицированной теплообменной поверхности «жалюзийного» типа представлена на рисунке 62. Установка смонтирована в лаборатории «Тепломассообмен» кафедры Теоретических основ теплотехники им. М.П. Вукаловича, МЭИ (ТУ). Теплоноситель - вода,

Р исунок 61 - Конструкция поверхности нагрева «жалюзийного» типа

Р исунок 62 - Принципиальная схема экспериментальной установки для исследования теплоотдачи в конвекторе

нагреваясь в термостате, прокачивается насосом через конвектор, отдавая тепло окружающему воздуху и сливается обратно в термостат. Для установки заданного значения расхода на подводящем к конвектору патрубке установлен регулятор. Определение теплового потока, отводимого от воды в конвекторе, осуществлялось с помощью дифференциальной термопары.

В термостате установлен регулятор температуры с помощью которого регулировалась температура воды на входе в конвектор. Для определения расхода воды через конвектор на входе установлен электронный расходомер. Для определения температуры ребер на них закладывались медь-константановые термопары, холодный спай которых термостатировался при температуре воздуха в помещении. Значения термо-ЭДС термопар измерялись с помощью милливольтметра. Схема установки термопар на гладких и прерывистых ребрах на рисунках 63 и 64.

Р исунок 63 - Места установки (закладки) термопар на конвекторе с гладкими ребрами

Рисунок 64 - Места установки (закладки) термопар на «жалюзийном» конвекторе

Температура окружающего воздуха измерялась с помощью ртутных термометров, установленных в различных точках лаборатории.

2.2.5. Результаты опытов

Для каждой серии опытов массовый расход воды устанавливался равным определенному значению и в процессе всей серии опытов не менялся. Таким образом, в каждой серии имелся один регулируемый параметр — температура теплоносителя на входе в конвектор, изменение которой приводило к изменению температурного напора . Диапазон изменения температуры в термостате составлял от 60 до 95°С с шагом 5°С. В каждом опыте выполнялось условие стационарности.

На рисунке 65 представлен характер изменения среднего коэффициента теплоотдачи на ребре для гладких и «жалюзийных» ребер для шести характерных серий опытов в зависимости от .

Рисунок 65 - Средний коэффициент теплоотдачи на оребренной поверхности от .

Гладкое ребро (расход G, 10^-4 м³/с ): 1 – 1.0012; 2 – 1.8473; 3 - 1.9131.

«Жалюзийное» ребро (расход G, 10^-4 м³/с ): 4 - 1.0945; 5 - 1.406; 6 - 1.603

Прежде всего обращает на себя внимание факт расслоения опытов как для гладких, так и для «жалюзийных» ребер по значению теплового потока, отводимого от ребристой поверхности - Q, другими словами, по температуре воздуха , в межреберном пространстве.

Такой результат полностью отвечает современным представлениям о свободной конвекции в узком межреберном пространстве при увеличении [91], сущность которых заключается во взаимодействии двух противоборствующих между собой процессов, влияющих на среднюю теплоотдачу ребра: увеличение в межреберном пространстве, приводящее к уменьшению , и процесс способствующий росту теплоотдачи и получивший название эффекта «вытяжной трубы». Как следует из рисунка 65, для гладких ребер увеличение Q вначале приводит к росту средней теплоотдачи на ребристой поверхности за счет усиления эффекта «вытяжной трубы». Но при дальнейшем увеличении Q, этот эффект ослабевает, движение воздуха замедляется и средний уровень теплоотдачи падает.

Аналогичное явление наблюдается и в межреберном пространстве «жалюзийных» ребер, с той лишь разницей, что эффект «вытяжной трубы» ослабевает медленнее, чем на гладких ребрах вследствие меньшего аэродинамического сопротивления межреберного пространства.

Подтверждением вышесказанного являются результаты дымовой визуализации течения, представленные на рисунке 66, где отчетливо просматривается интенсивное движение воздуха в межреберном пространстве, вызванное эффектом «вытяжной трубы».

Рисунок 66 - Визуализация картины течения в «жалюзийном» конвекторе при G = 2.510^-4 м³/с:

1 - эффект «вытяжной трубы»; 2 - смешанная конвекция в межреберном пространстве

На рисунке 67 представлено сопоставление опытных данных по теплоотдаче, полученных для гладких ребер с зависимостью [92].

Рисунок 67 - Зависимость от числа Ra_B:

Гладкое ребро (расход G, 10^-4 м³/с ): 1 – 1.0012; 2 – 1.8473; 3 - 1.9131.

линия - расчет по

На рисунке 68 представлена зависимость коэффициента теплопередачи отнесенного к полной внешней поверхности теплообмена конвектора с гладкими и «жалюзийными» ребрами от расхода воды при двух фиксированных температурных напорах .

Рисунок 68 - Зависимость коэффициента теплопередачи k от расхода воды через конвектор G:

гладкое ребро: = 60°С; 2 - = 70°С; «Жалюзийное» ребро: 3 - = 60°С; 4 - = 70°С.

На рисунке 69 представлено отношение коэффициентов теплопередачи для обоих конвекторов при фиксированном температурном напоре в зависимости от расхода воды через конвектор.

Рисунок 69 - Зависимость k₁/k₂ от расхода воды через конвектор G: 1 - = 70°С; 2 - = 60°С

Как следует из рисунка 68, оптимальный расход воды через конвектор «Универсал» лежит в пределах (G = 0.000160.00018 м³/с). Немонотонный характер зависимости коэффициента теплопередачи от G для гладких ребер определяется соответствующим изменением коэффициента теплоотдачи на ребристой поверхности.

Экономия поверхности для конвектора с жалюзийными ребрами по отношению к конвектору с гладкими ребрами при условии равенства тепловых потоков и оптимальном расходе воды «Универсал» составляет 20%. Однако при больших расходах воды и тепловых потоках может достигать 50-60%.

Результаты экспериментального исследования свободно-конвективного теплообмена для одного из наиболее эффективных пассивных методов интенсификации систематизированы в виде базы опытных данных по теплоотдаче промышленного конвектора «Универсал» с прямыми плоскими ребрами прямоугольной формы и конвектора с предлагаемой интенсифицированной поверхностью «жалюзийного» типа, и являются основой для уточнения математической модели (96-101) и разработки эффективных аппаратов воздушного охлаждения.

102