Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Измерение локальных тепловых и аэродинамических характеристик поперечно-обтекаемых пучков оребренных труб с наклонными ребрами

Диссертация: Измерение локальных тепловых и аэродинамических характеристик поперечно-обтекаемых пучков оребренных труб с наклонными ребрами
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

При различных углах наклона рёбер масштабы вихреобразования будут изменяться, могут существовать «энергетически выгодные» углы наклона, которые наряду с обычными параметрами оребрения влияют на формирование течения и теплообмена, а также на энергетическую эффективность поверхности. Поэтому основная цель данной работы — это исследование влияния угла наклона ребер у° на энергетическую эффективность… Читать ещё >

Содержание

  • ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
  • 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. Обзор методик сопоставления теплообменных поверхностей
    • 1. 2. Методы интенсификации теплообмена пучков оребренных труб
    • 1. 3. Предмет и задачи исследования
  • 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ И АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
    • 2. 1. Экспериментальное исследование локальной теплоотдачи и аэродинамического сопротивления ребристых систем с упругими гибкими круглыми ребрами
    • 2. 2. Экспериментальное исследование аэродинамических характеристик одиночной оребренной трубы с наклонными ребрами
    • 2. 3. Описание экспериментальной установки
  • 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
    • 3. 1. Результаты исследования локальной теплоотдачи и аэродинамического сопротивления ребристых систем с упругими гибкими круглыми ребрами
    • 3. 2. Результаты исследования аэродинамических характеристик одиночной оребренной трубы с наклонными ребрами
    • 3. 3. Анализ энергетической эффективности

Измерение локальных тепловых и аэродинамических характеристик поперечно-обтекаемых пучков оребренных труб с наклонными ребрами (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В числе многих задач, решение которых определяет развитие и совершенствование новой техники, немаловажное значение имеет и теплообмен-ная аппаратура, весовые и габаритные показатели которой часто предопределяют параметры энергетических и технологических комплексов.

Создание эффективных, надежно работающих теплообменных устройств позволит повысить единичную мощность и к.п.д. энергетического оборудования, полнее использовать вторичные тепловые ресурсы котельных и парогазовых установок, энергетических и приводных Г. Т.У., уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу и т. д.

В многоплановом назначении теплообменных устройств основное место занимают рекуперативные теплообменники, тепло в которых передается через разделяющую теплоносители стенку.

Трубные пучки являются наиболее распространенными теплообмен-ными поверхностями. Высокие прочностные свойства, технологичность изготовления, хорошие теплотехнические характеристики, удобства компоновки — все эти качества обеспечили трубным пучкам преимущества перед другими поверхностями нагрева. В установках с повышенными давлениями пучки из круглых труб имеют бесспорный приоритет. Оребренные пучки обладают дополнительными достоинствами, которые обусловливают компактность и высокую приведенную интенсивность теплообмена. Ребристые поверхности внедряются с целью повышения теплообменной способности и коэффициента полезного действия рекуперативных теплообменников, особенно при наружном их обтекании газами.

Энергетические показатели ребристых поверхностей зависят от местных теплоаэродинамических характеристик в межреберном и межтрубном пространствах.

Повышение энергетической эффективности поперечнообтекаемых оребренных пучков труб неразрывно связано с повышением компактности теплообменной поверхности. Супертесные геометрические параметры шагов труб пучка (Эх х 82) и оребрения (высота ребер — Ъ, шаг ребер -1, толщина ребер — 8), конечно, являются залогом высокой энергетической эффективности. Однако простое развитие поверхности теплообмена позволяет увеличивать тепловой поток за счет поверхности, а не интенсивности теплоотдачи, что не всегда повышает энергетическую эффективность теплообменной поверхности. Кроме того, такие поверхности теплообмена имеют ограничения по технологии изготовления.

Многочисленные модификации геометрий оребрения, ведущие к повышению интенсивности теплоотдачи, основаны или на прерывании (разрушении) пограничного слоя для уменьшения его толщины (рассеченные, перфорированные ребра), или на искривлении межреберных каналов для формирования отрыва и присоединения пограничного слоя, то есть на организации крупномасштабного вихреобразования. В любом случае небольшое увеличение интенсивности теплоотдачи компенсирует увеличение гидравлического сопротивления поверхности теплообмена, так как скорость потока может быть уменьшена, а мощность на прокачку теплоносителя изменяется пропорционально почти кубу скорости потока.

В связи с этим поиск простых способов повышения энергетической эффективности ребристых систем с обычными параметрами оребрения (оребренные трубы экономайзера котла, пластинчато-трубные поверхности, теплообменные аппараты воздушного охлаждения и т. п.) остается актуальным.

Предлагаемый способ основан на воздействие на крупномасштабную вихревую структуру течения в межреберных каналах путем наклона всей плоскости ребра к поверхности трубы.

Наклон ребра способствует возникновению крупномасштабного вихреобразования. Следовательно, структура течения в межреберном пространстве существенно изменится по сравнению с оребренной трубой с обычными прямыми ребрами. При этом за счет ускорения потока в боковых областях и повышенной турбулизации потока в кормовой части ребра, увеличивается интенсивность теплоотдачи. Кроме того, повышается компактность пучка оребренных труб, так как при наклоне ребер можно уменьшить межтрубные шаги Si х S2 или увеличить высоту ребра.

При различных углах наклона рёбер масштабы вихреобразования будут изменяться, могут существовать «энергетически выгодные» углы наклона, которые наряду с обычными параметрами оребрения влияют на формирование течения и теплообмена, а также на энергетическую эффективность поверхности. Поэтому основная цель данной работы — это исследование влияния угла наклона ребер у° на энергетическую эффективность пучков оребренных труб.

В настоящей работе проведено экспериментальное исследование теплоотдачи цилиндрической поверхности, аэродинамического сопротивления шести ребристых систем с различными углами наклона у° = 0°-г55° круглых (конических) рёбер. Проведено измерение распределения интенсивности теплоотдачи, а по высоте наклонного ребра (у0 = 20°) для внутренней (впадина) и наружной поверхностейопределен средний коэффициент теплоотдачи по поверхности наклонного ребра.

Также в настоящей работе представлены результаты измерения распределения статических давлений по высоте наклонного ребра (у0 = 45°) для внутренней (впадина), наружной и цилиндрической поверхностейопределены коэффициенты сопротивления давления при поперечном обтекании одиночной ребристой трубы воздухом (Red = (6 -к57)-103).

Для сравнения по энергетической эффективности поверхности теплообмена с наклонными ребрами с поверхностью с обычными прямыми ребрами, в работе проведен анализ по методике «при прочих равных условиях». Выявлено повышение энергетической эффективности до 40% при угле наклона ребер у° > 20°.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

По результатам исследования можно сформулировать следующие основные выводы:

1. Получено распределение коэффициентов теплоотдачи на поверхностях наклонного ребра. Установлено, что для исследуемого угла наклона ребер у0 = 20° наибольшие значения теплоотдачи локализуются у основания на наружной (конусной) поверхности ребра.

2. Получены обобщающие зависимости для расчета средней конвективной теплоотдачи на цилиндрической поверхности с учетом влияния угла наклона ребер у° для всех исследуемых ребристых систем и для всей поверхности оребренной трубы с наклонными ребрами при у° = 20°.

3. Получены обобщающие зависимости для расчета аэродинамического сопротивления с учетом влияния угла наклона ребер у° для всех исследуемых ребристых систем.

4. Получены распределение статических давлений на поверхностях оребренной трубы с наклонными ребрами (утол наклона у° = 45°) и значения коэффициента сопротивления давления CD.

5. Составлена схема течения и вихреобразования в межреберном пространстве оребренной трубы с наклонными ребрами (угол наклона у° = 45°), при углах поворота трубы ср° = 0°, 90° и 180°.

6. Проведен анализ энергетической эффективности, выявлено, что при у° > 20° энергетическая эффективность всех ребристых систем резко повышается и может достигать значений до 40% выигрыша по тепловому потоку при одинаковых поверхности теплообмена и мощности на прокачку, по сравнению с базовой системой с прямыми ребрами.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Авторское свидетельство СССР № 1 164 543. Теплообменник воздушного охлаждения. / Армии Нагел (ГДР). — Заявлено 19.12.79- Опубл. 1985.
  2. Авторское свидетельство СССР № 1 168 796. Пластинчато-трубный теплообменник. / С. Р. Гопин, А. П. Старостин, Ю. Ф. Комлык, М. Г. Друй, В. И. Клюев, Ю. И. Березников и В. П. Парфейник. Заявлено 30.11.83- Опубл. 1985.
  3. Авторское свидетельство СССР № 1 353 475/24−6. Радиатор. / В. А. Феркович,
  4. С. Мираков, Л. Г. Видревич, И. А. Певнев, П. Г. Березин, Л. В. Панасенко, С. С. Вронский и Л. А. Аверкин. Заявлено 04.08.69- Опубл. 1972.
  5. Авторское свидетельство СССР № 1 733 889. Теплообменник воздушного охлаждения. / М. Д. Сенаторов, А. Н. Бессонный, О. Н. Маньковский, О. Б. Иоффе, Ю. С. Чилипенок, А. Г. Боровкова, A.A. Брилль и В. В. Кирин. Заявлено 27.02.90- Опубл. 1992.
  6. Авторское свидетельство СССР № 178 343. Устройство для нагревания воздуха/А.Г. Рожанский. Заявлено 15.10.35- Опубл. 30.04.37.
  7. Авторское свидетельство СССР № 709 945. Трубный пучок. / В. А. Кирпиков, O.A. Сергеев, A.B. Вансович и И. М. Калнинь. Заявлено 03.02.78- Опубл. 1980.
  8. Авторское свидетельство СССР № 960 522. Трубчато-пластинчатый теплообменник. / Е. В. Дубровский, В. П. Дунаев, А. И. Кузин, Н. И. Мартынова, Л. А. Фольц, Л. А. Аверкиев, А. П. Шмелев, С. С. Вронский и Е. В. Васильев. Заявлено 28.01.80- Опубл. 23.09.82.
  9. O.E., Образ С. П., Селезнев В. Д. и др. Эффект выделения тепла в газовом потоке на стыке каналов с различной шероховатостью поверхности. // ИФЖ, т. 59, № 3 IX/1990, с. 466.
  10. В.М. Исследование эффективности различных форм оребренных поверхностей в поперечном потоке. // Теплоэнергетика, 1965. № 1, с. 81−86.
  11. В.М. Сравнительные исследования теплоотдачи и сопротивления ребристых поверхностей. //Энергомашиностроение, 1961, № 2, с. 12−16.
  12. В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева. -М.-Л.: Энергия, 1967. 184 с.
  13. Аэродинамический расчет котельных установок. Нормативный метод / Под ред. С. И. Мочана. М.: Энергия, 1977.
  14. П.И., Каневец Г. Е., Селиверстов В. М. Справочник по теплообмен-ным аппаратам. М.: Машиностроение, 1989.
  15. Н.В., Коваленко Л. М., Ястребенецкий А. Р. Пластинчатые и спиральные теплообменники. -М.: Машиностроение, 1973.
  16. В.М. Интенсификация теплообмена в судовых установках. Л.: Судостроение, 1969. 364 с.
  17. Г. А., Холпанов Л. П., Шерстнев С. Н. Гидравлической сопротивление и тепломассообмен. -М.: Наука, 1994. 288 с.
  18. Гидродинамика и вибрации обтекаемых пучков труб. / Жукаускас А., Улин-скас Р., Катинас В. Вильнюс: Мокслас, 1984. 312 с.
  19. В.А., Крохин Ю. И. Тепло- и массообменные аппараты криогенной техники: Учебное пособие для вузов. М.: Энергоиздат, 1982.
  20. A.A. Интенсификация конвективного теплообмена и проблема сравнительной оценки теплообменных поверхностей. // Теплоэнергетика, 1977, № 4, с. 5−8.
  21. A.A. Методика сравнения конвективных поверхностей нагрева. // ЖТФ, 1938. Т. 8, № 17, с. 1584−1602.
  22. A.A., Зайцев A.A. Расчет и оценка эффективности конвективных поверхностей теплообмена сложной формы на основе обобщенного анализа. // Современные проблемы теории теплообмена и физической гидродинамики. Новосибирск: 1984. С. 16−30.
  23. В.И., Соченов В. М. Методика оценки эффективности теплообменных аппаратов и поверхностей теплообмена. // Изв. вузов. Сер. Энергетика, 1967, № 4, с. 71−76.
  24. В.И., Шишков В. М. Обобщенные зависимости по теплообмену и сопротивлению трубчатой поверхности, оребренной гофрированной лентой. // Теплоэнергетика, 1969, № 6, с. 33−37.
  25. A.A. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982. 472 с.
  26. A.A. Критерии оценки эффективности конвективных поверхностей теплообмена для газовых теплоносителей. // ТОХТ, 1984. Т. 18, № 5, с. 623−631.
  27. Г. И., Летавин М. И., Шестаков Н. И. Температурное поле вращающегося цилиндра. // ИФЖ, т. 59, № 1 VII/1990, с. 169.
  28. A.B. Определение экономически наивыгоднейших скоростей газов в конвективных поверхностях с шахматным расположением труб. // Теплоэнергетика, 1968. № 6, с. 18−21.
  29. Н.В., Хавин A.A., Калинин Б. Л. Влияние перфорации поперечного пластинчатого оребрения овальных труб на интенсивность теплоотдачи. // В кн.: Теплофизика и теплотехника. Киев: Наукова думка, 1969. Вып. 15, с. 70−72.
  30. Ф.М. Интенсификация теплообмена шахматных пучков труб с поперечными ребрами путем применения разрезки ребер. // Тр. ЛТИЦБП, 1968. Вып. 21, с. 392−401.
  31. Исследование теплоаэродинамических характеристик пучков труб различных материальных исполнений и форм оребрения. // Научный отчет Арханг. лесотехн. ин-та- рук. В. Б. Кунтыш. Инв. №Б921 123. — Архангельск, 1980. 78 с.
  32. Исследование теплоотдачи и аэродинамического сопротивления поперечно-обтекаемого круглого разрезного ребра. // Изв. АН АрмССР. Сер. Технических наук, 1964. Т. XVII, № 6, с. 33−40.
  33. Д.Д., Попалов В. В. Оптимизация теплообменников по эффективности теплообмена. -М.: Энергоатомиздат, 1986.
  34. В.М., Лондон А. Л. Компактные теплообменники. М.: Энергия, 1967. 224 с.
  35. В.А. Интенсификация конвективного теплообмена посредством создания в потоке неоднородностей давления: Автореф. дис. на соиск. учен, степ. докт. техн. наук. -М.: 1986.
  36. В.А., Лейфман И. И. Графический способ сравнительной оценки эффективности конвективных поверхностей нагрева. // Теплоэнергетика, 1975. № 3, с.34−36.
  37. В.А., Цирельман Н. М. К вопросу об определении эффективности теплообменных поверхностей. // Изв. вузов. Сер. Энергетика, 1972, № 1, с. 100−103.
  38. М.В. О наивыгоднейшей форме поверхности нагрева. // Изв. Энергетического института им. Кржижановского АН СССР, 1944. Т. 12, с. 5−9.
  39. И. П. Средняя теплоотдача при обтекании цилиндра поперечным потоком воздуха. // ИФЖ, т. 59, № 4 Х/1990, с. 648.
  40. Г. Н. Теплофизика в тепловой и ядерной энергетике: Сборник работ / под ред. Ю. Г. Назмеева. Казань: Казан, фил. Моск. энерг. Ин-та, 1998.
  41. Н.В. Рабочие процессы и вопросы усовершенствования конвективных поверхностей котельных агрегатов. -М.: Госэнергоиздат, 1958. 172 с.
  42. В.Б. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление пучков труб с гладкими и разрезными ребрами. // Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Л.: ЛКИ, 1969. 21 с.
  43. В.Б., Кузнецов Н. М. Тепловой и аэродинамический расчеты ореб-ренных теплообменников воздушного охлаждения. СПб.: Энергоатомиздат, 1992. 280 с.
  44. В. В. Иохведов Ф.И. Выбор эффективной поверхности нагрева для создания компактного воздухоподогревателя (калорифера). // Изв. вузов. Сер. Энергетика, 1970. № 5, с. 68−72.
  45. В.К., Фирсова Э. В. Теплообмен и гидравлическое сопротивление пучков труб. Л.: Наука, 1986. 195 с.
  46. М.А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973. 320 с.
  47. Определение наивыгоднейших скоростей газов в экономайзерах мембранного типа. / A.B. Змагинский, Ю. В. Мусатов, Г. И. Левченко, В. А. Медведев. // Энергомашиностроение, 1974. № 7, с. 13−15.
  48. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения: Справочник. / А. Н. Бессонный, Г. А. Дрейцер, В. Б. Кунтыш и др.- под общ. ред. В. Б. Кунтыша, А. Н. Бессонного. СПб.: Недра, 1996. 512 с.
  49. Патент РФ № 2 034 223. Пластина беструбного теплообменника. / Строков-ский Л.И., Гусев В. А. Заявлено 25.06.92- Опубл. 1995.
  50. Патент РФ № 2 000 518, 1994.
  51. .С. Теплообмен в движущейся однофазной среде. Ламинарный пограничный слой: Монография. -М.: Издательство МЭИ, 1993. 352 с.
  52. E.H. Исследование течения на поверхности ребер поперечно-оребренныхтруб. //ИФЖ, 1984. Т. 47, № 1, с. 28−31.
  53. E.H. Особенности течения и теплообмена в шахматных пучках поперечно-оребренныхтруб. //ИФЖ, 1991. Т. 60, № 6, с. 895−902.
  54. E.H. Способы повышения эффективности теплообменник поверхностей поперечно-оребренных труб. // Минск: Тр. III ММФ по тепломассообмену, 1996. Тепломассообмен в энергетических устройствах и энергосбережение. Т. X, ч. 2, с. 221−225.
  55. E.H. Теплообмен и аэродинамика пакетов поперечно-оребренных труб: Автореф. дис. докт. техн. наук. Киев, 1994. 37 с.
  56. E.H. Физическая модель процессов течения и теплообмена в конвективных поперечно-оребренных поверхностях // Интенсификация теплообмена: Тр. Первой Российской национальной конференции по теплообмену. -М.: Изд-во МЭИ, 1994, т. 8.
  57. E.H., Легкий В. М. К расчету теплообмена многорядных шахматных пучков труб с кольцевым поперечным оребрением. // Теплоэнергетика, 1984, № 6, с. 62−66.
  58. E.H., Терех A.M. Локальный теплообмен в пакетах поперечно-оребренных труб. //Пром. теплотехника, 1993. Т. 15, № 3, с. 45−55.
  59. E.H., Терех A.M. Обобщенный метод расчета конвективного теплообмена поперечно-омываемых труб с внешним кольцевым и спирально-ленточным оребрением. // Теплоэнергетика, 1993. № 5.
  60. A.A., Локшин В. А., Фомина В. Н. Загрязнения поперечно-омываемых пучков труб с приварным спирально-ленточным оребрением. // Теплоэнергетика, 1984. № 6, с. 62−66.
  61. В.П. Теплотехнические измерения и приборы: Учебник для вузов. -М.: Энергия, 1978. 704 с.
  62. В. А. Измерение гидродинамических характеристик и теплоотдачи в тесных поперечнообтекаемых трубных пучках. Энергетически эффективный способ размещения труб в пучке: Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. -М.: 1989.
  63. Расчет и рекомендации по проектированию поперечно-оребренных конвективных поверхностей нагрева стационарных котлов. РТМ 108.030.140−87. -СПб.: МПО ЦКТИ, 1988. 31 с.
  64. А.П., Тулин С. Н. Методика сравнения пучков труб с проволочным оребрением. //Энергомашиностроение, 1959. № 11, с. 20−21.
  65. Ю., Скринска А. Теплоотдача поперечно обтекаемых пучков ребристых труб. Вильнюс: 1974.
  66. И.Г. Интенсификация конвективного теплообмена в пучках труб с поперечными ребрами. // Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М.: МЭИ, 1970. 21 с.
  67. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод / Под ред. Н. В. Кузнецова и др. М.: Энергия, 1973.
  68. Теплогидравлические характеристики компактных пучков ребристых труб. / В. Илгарубис, А. Буткус, Р. Улинскас, И. Жюгжда. // Литовская академия наук. Энергетика, 1990. № 2, с. 116−133.
  69. Теплообменная аппаратура энергетических установок. / М. М. Андреев, С. С. Берман, В. Г. Буглаев, Х. Н. Костров. -М.: Машгиз, 1963.
  70. Теплообменные аппараты из профильных листов. / В. М. Антуфьев, Е. К. Гусев, В. В. Иваненко и др. -М.: Энергия, 1972.
  71. A.A. Влияние угла атаки потока на теплоаэродинамические характеристики пучков ребристых труб. / АН УССР. Редколлегия журнала «Промышленная теплотехника». Киев, 1989. 10 с. Деп. в ВИНИТИ, № 6957 — В89.
  72. Хан Й.Ц., Oy С., Парк С. и Лей С. К. Интенсифицированный теплоперенос в узких прямоугольных каналах с турбулизаторами в виде ребер. // Журнал «Тепло- и массоперенос», т. 32, № 9 IX/1989, с. 1619−1630.
  73. Характеристики пучков труб аппаратов воздушного охлаждения. / В. Б. Кунтыш, А. Э. Пиир, Л. М. Федотова и др. // Химия и технология топлив и масел, 1980. № 5, с. 15−18.
  74. Экономайзеры ЗиО из труб с поперечным оребрением. / А. У. Липец, И. А. Сотников, А. Я. Андреева и др. Энергомашиностроение, 1978. № 10, с. 7−10.
  75. В.Ф. Теплообмен в оребренных пучках. Л.: Энергия, 1980. С. 210.
  76. В.Ф. Теплообмен поперечно оребренных труб. // ПО «Машиностроение», 1982. 190 с.
  77. В.Ф., Тохтарова Л. С. Сравнение методов полного и локального теплового моделирования. //Энергомашиностроение, 1970, № 12, с. 26−28.
  78. В.Ф., Федорович Е. Д. Теплообмен пучков оребренных труб овального профиля. // IIММФ: Минск, 1992. Т. I, ч. I, с. 58−61.
  79. A., Soliman H.M. Оптимальные размеры систем кольцевых ребер. // Тр. Американского общества инженеров-механиков. Сер. С, Теплопередача, № 2−1986, с. 197−200.
  80. R.S., Loehrke R.I. Исследование механизмов течения, обусловливающих интенсификацию теплоотдачи в теплообменниках с разнесенными пластинами. // Тр. американского общества инженеров-механиков. Сер. С, Теплопередача, № 2−1986, с. 112.
  81. F., Sparrow Е.М. Теплоотдача от оребренной трубы, ориентированной под углом к потоку. // Тр. американского общества инженеров-механиков. Сер. С, Теплопередача, № 2−1986, с. 205−208.
  82. Zoller R.E. Extended heat echange surface for marine and nuclear boilers. North East Coast Institution of Engineers and Shipbiulders, Transactions, 1958, Vol. 74, Part. 4, p. 205−218.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!