Теплоотдача и сопротивление оребренных труб в потоке вязкой жидкости

При непрерывном росте потребления энергии проблема рационального и эффективного использования топливно-энергетических ресурсов является особенно актуальной.

С ростом энергетических мощностей увеличиваются габариты применяемых теплообменников. Следовательно, проявляется необходимость усовершенствования их конструкций, создания более компактных и эффективных аппаратов.

С уменьшением толщины пограничного слоя и его отрывом интенсифицируется процесс теплообмена, повышается эффективность теплообменной поверхности, например обтекаемых пучков труб.

Со второй половины шестидесятых годов все шире применяются теплообменники с развитой поверхностью теплообмена. Разнообразные оребренные поверхности применяются при создании теплообмен-ного оборудования для ТЭС, АЗС и различных отраслей народного хозяйства.

Оребрение бывает разного видапроволочное, шиповое, радиальное, продольное, сплошное и др. На практике, исходя из условий технологии производства оребренных труб и эксплуатационной надежности их работы, чаще всего применяются трубы с радиальными ребрами.

Теплоотдача и сопротивление поперечно обтекаемых шахматных пучков оребренных труб — очень сложный процесс, трудно поддающийся аналитическому решению. Аналитические методы расчета, основанные на теории пограничного слоя, в основном пригодны лишь для безотрывных течений жидкости, а на практике поперечное обтекание оребренной трубы неизбежно связано с отрывом потока. Следовательно, остается экспериментальный путь решения вопроса.

Средняя теплоотдача и гидравлическое сопротивление пучков оребренных труб изучались многими отечественными и зарубежными исследователями [1−5 и др.]. Анализ работ показал, что исследования поперечно обтекаемых пучков оребренных труб в основном проведены в потоке воздуха, поскольку развитие котельной техники потребовало изучения теплоотдачи и сопротивления в потоке газа. Причем в области Ре <С 10^ экспериментальные данные по теплоотдаче немногочисленны, а данные по гидравлическому сопротивлению практически отсутствуют.

В современных теплообменных аппаратах, используемых в энергетике, на транспорте, в нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности, чаще всего теплоносителями являются капельные жидкости, обеспечивающие большой теплоотвод. При проектировании теплообменников с вязко-жидкостными теплоносителями необходимы обобщающие зависимости по теплоотдаче и сопротивлению пучков оребренных труб, учитывающие влияние физических свойств жидкости и их изменения с изменением температуры в пограничном слое. Вышеуказанные зависимости могут быть составлены только на основе детального экспериментального исследования и должны охватывать широкий диапазон чисел Р-г и Ре. Однако исследования средней теплоотдачи и гидравлического сопротивления поперечно обтекаемых пучков оребренных труб в потоках вязких жидкостей отсутствуют.

Для изучения тепловых и гидродинамических процессов, протекающих в пучках, необходимы данные о формировании, росте и месте отрыва пограничного слоя, о местах максимальной и минимальной теплоотдачи на оребренной поверхности, о величине рециркуляционных зон и другие характерные параметры сложных течений. Мало выполнено работ, посвященных исследованию местных характеристик. В имеющихся работах экспериментальные исследования выполнены в потоках воздуха при > 10^. Так, в [б, 7] исследовано распределение давления по окружности оребренной трубы при Ре «3*10^.

Отрывные характеристики потока при обтекании оребренной трубы исследованы лишь в работах [8, 9], измерения местной скоростив [10] и только при одном значении Ре, равном 1,25−10^, местная теплоотдача оребренной трубы — в [I, 10, II, 12], при Ре >10^. Это говорит о том, что в настоящее время происходит процесс накопления экспериментальных данных о местных характеристиках, необходимых для построения физических моделей и алгоритмов расчета.

Настоящая работа посвящена комплексному экспериментальному исследованию характеристик шахматных пучков спирально оребрен-ных труб в потоке воздуха, воды, трансформаторного и авиационноо о го масел в интервале Р^ от 0,7 до 4,4−10 и Ре^, от 2,1−10 до 2,9-Ю5.

Научная новизна работы. Впервые изучены теплоотдача и гидравлическое сопротивление пучков оребренных труб в поперечном потоке вязкой жидкости в широком интервале чисел Рг .

Определено влияние физических свойств жидкости и температурного напора на среднюю теплоотдачу. В широком интервале чисел Ре определено влияние параметров оребрения на среднюю теплоотдачу и сопротивление в потоке вязких жидкостей. Найдено распределение местной скорости, ее пульсаций и температуры в пограничном слое, в межреберном и межтрубном пространствах. Получены данные по распределению давления по периметру оребренной трубы и значения коэффициента сопротивления формы оребренной трубы в первом и глубинном рядах пучка. Определено распределение местных коэффициентов теплоотдачи по поверхности оребренной трубы в широком интервале чисел Р^ и Ре .

Получены уравнения подобия для расчета средней теплоотдачи и гидравлического сопротивления пучков оребренных труб в широком интервале чисел рг и Ре .

Автор защищает:

— данные о влиянии числа Р-г^ и Р-г^/Р^ на среднюю теплоотдачу пучков оребренных труб;

— данные о влиянии параметров оребрения на среднюю теплоотдачу и сопротивление в потоке вязких жидкостей;

— данные по распределению скорости, турбулентности, температуры в межреберном и межтрубном пространствах;

— данные по местным характеристикам гидравлического сопротивления и теплоотдачи на поверхности оребренной трубы;

— обобщающие зависимости для расчета средней теплоотдачи и гидравлического сопротивления пучков оребренных труб в широком интервале чисел Р^ и Ре .

Практическая ценность. Результаты настоящего исследования имеют научно-теоретическое и практическое значение. Они позволяют определить сечения оребренных труб с минимальными и максимальными тепловыми нагрузками, дают возможность определить силы, действующие на оребренные трубы в пучках.

Полученный экспериментальный материал применим при разработке методов теоретического расчета поперечно обтекаемых пучков оребренных труб. Результаты по средней теплоотдаче и сопротивлению пучков оребренных труб получены в потоке вязкой жидкости дают возможность оптимизировать характеристики оребренных пучков труб. Они необходимы для расчета и проектирования эффективных теплооб-менных аппаратов.

Полученные в данной работе результаты исследований использованы при разработке и конструировании эффективных пучков оребренных труб, предназначенных для работы в потоках вязких жидкостей (ЦНИДИ, Ленинград). Отдельные результаты работы вошли в руководящие технические материалы для теоретического расчета теплообмена и гидравлического сопротивления теплообменного оборудования.

По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ и получено I авторское свидетельство [107−112] .

Результаты диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на конференциях ЛитССР «Развитие технических наук в республике и использование их результатов (Каунас, 1978 и 1979 г.), на 1-ой научной конференции «Физико-технических проблем энергетики (Каунас, ИФТПЭ АН ЛитССР, 1981 г.) и на XI1-ой конференции молодых ученых и специалистов ИТТФ АН Укр. ССР (Киев, 1981 г.).

Работа выполнена в Институте физико-технических проблем энергетики АН Литовской ССР в соответствии с планами научно-исследовательских работ.

— 152 -ВЫВОДЫ.

1. В диссертации выполнены исследования местных и средних характеристик обтекания и теплоотдачи шахматных пучков оребренз ных труб в интервалах чисел 0,7 < Рг, < 4,4−10°, 0,62^ Рг,/Р* ?1,98 р к ® * и 2−10 что позволило получить критериальные зависимости (6.4) — (6.10) для расчета средней теплоотдачи и гидравлического сопротивления аппаратов, работающих в потоках различных жидкостей.

2. Предложено учитывать влияние свойств жидкости и температурного напора на теплоотдачу параметром Рг^, в степени 0,36 и соотношением Р-г^ /Р^ в степени 0,25, что позволило обобщить экспериментальные данные, полученные различными авторами, по единой методике как в потоках газа, так и жидкости большой вязкости.

3. Обнаружено, что влияние высоты ребра на теплоотдачу наилучшим образом учитывается параметром Ь/о1 в степени -0,14, а влияние параметров оребрения на гидравлическое сопротивлениекоэффициентом & в степени 0,5 для более широкого диапазона по ЕЗе^, по сравнению с данными, полученными другими авторами.

4. Установлены границы, в пределах которых целесообразно увеличение высоты ребра. Так, увеличение высоты ребра в компактных пучках (при соприкосновении труб между собой по вершинам ребер) эффективно до Б/с1 = 1,67 при Ей ¡-Зе^ ?10** и до С/с1 = 1,33 при Ей >10**. г.

5. Установлено, что теплоотдача первых рядов труб на 14−43% меньше теплоотдачи глубинных рядов в зависимости от типа оребрения трубы, относительных шагов пучка, а, & и числа Ре. Это необходимо учитывать при расчете теплообменных аппаратов.

6. Определены закономерности распределения коэффициента местной теплоотдачи по периметру оребренных труб. Так, для первого ряда в компактных шахматных пучках оребренных труб распределение местной теплоотдачи не имеет максимума в окрестности лобо.

3 4 вой критической точки. В исследованном диапазоне 2−10 ?Re^ 4−10 с повышением компактности пучка и числа Re^ увеличивается разница между теплоотдачей при vp = 0°и в точке с максимальной теплоотдачей в лобовой части трубы. Для первых рядов в кормовой части трубы с повышением компактности теплоотдача увеличивается, а в лобовой части — уменьшается.

7. Измерены поля осредненной скорости, ее пульсации и поля температуры потока в межреберном и межтрубном пространствах, и местные характеристики теплоотдачи по высоте ребра и периметру оребренной трубы в пучке. Полученные результаты позволили выявить физическую картину обтекания оребренной трубы в пучке и обосновать полученные закономерности для расчета интегральных характеристик теплообмена.

8. Показано, что для расчета частоты отрыва вихрей при сложных течениях в пучках оребренных труб можно использовать числа Бермана или Чжена, а для определения места отрыва пограничного слоя — число Швеца. Это свидетельствует об универсальности вышеупомянутых чисел.

9. На основе выполненных исследований и полученных зависимостей по средней теплоотдаче и гидравлическому сопротивлению разработаны рекомендации для проектирования и расчета компактных высокоэффективных теплообменников с оребренными трубами, работающих в потоках вязких жидкостей.

Материалы исследований опубликованы в ряде журналов и книг [107−109, III, 112] и получено авторское свидетельство [ПО].

ГЛАВА У1. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

В данной главе представлен анализ результатов местных и средних характеристик теплоотдачи и сопротивления в сопоставлении с данными работ других авторов. При сопоставлении результатов по средней теплоотдаче и гидравлическому сопротивлению пучков оребренных труб в потоке газа в [I, 2, 5 и др.] оценивается влияние характеристик оребрения труб и их компоновки в пучке. В настоящей главе проведен анализ оценки влияния характеристик оребрения на основе наших результатов, полученных в потоке вязкой жидкости. Приведены рекомендации по определению оптимальных характеристик оребрения труб и наиболее эффективного пучка, а также по расчету теплоотдачи и гидравлического сопротивления пучков оребренных труб в широком интервале чисел Р^ и Ре^ .

6.1. Сопоставление характеристик обтекания, местной теплоотдачи пучков оребренных труб.

Сопоставим коэффициенты сопротивления трения, экспериментально полученные нами на поверхности оребренной трубы, установленной в глубинном ряду пучка (рис. 3.7), с результатами работ других исследователей. Поскольку экспериментальные данные по определению с^ на оребренных трубах практически отсутствуют, то на рис. 6.1 наши данные в виде Ср = | (ф) (где Ср=2 ^ / 9 сопоставлены с полученными на гладкой трубе, установленной в глубинном ряду шахматного пучка. Как видно, коэффициент сопротивления трения, определенный на поверхности трубы, несущей оребрение (кр. I), при 0 < Ц> ^135°.

С.*29 г-Ю* 1 л 8.

6 — / /.

2 '/У.

0 Г/.

30 60 90 120 150 у.

Рис. 6.1. Сопоставление наших (кр. I) экспериментальных данных по распределению С^ по периметру трубы, несущей оребрение, с данными [81] (кр. 2) и [94] (кр. 3), полученными на гладкой трубе при Р^ = ев 0,7, Ре.^2−4'105 ниже полученного на гладкой трубе с1 = 150 мм в пятом ряду семирядного пучка 1,25×1,25 (кр. 2) [81] и на гладкой трубе с1 = 150 мм в четвертом ряду пятирядного пучка 2,0×1,4.

94] (кр. 3). Видимо, турбулентность потока, обтекающего поверхность трубы, несущей оребрение, гасится ребрами и становится ниже, чем при обтекании гладких труб.

Известно, что при обтекании оребренной трубы реальным потоком, на ее поверхности, в результате действия вязкостных сил образуются пограничные слои. Определим местную скорость на внешней границе пограничного слоя (ии), развивающегося на поверхности оребренной трубы, не только термоанемометром (рис. 3.6), но и с помощью напорных датчиков, установленных в трубах с оребрением с1×6 = 15×3×5 в пучке 1,66 х х 1,53.

Используя уравнение Бернулли.

2 2? и&bdquoр и,.

Р" + 2 ' (6Л) после некоторых преобразований, проведенных согласно работе.

95], для пучков оребренных труб, получим следующую зависимость :

7 Г в • <6−2> и0 т1п где р определяется по формуле (2.8), Т" 0 и Тт-аплощадь поперечного сечения экспериментального участка перед пучком и живого сечения пучка соответственно.

На рис. 6.2 сравниваются экспериментальные данные по распределению скорости на внешней границе пограничного слоя по периметру оребренной трубы (кр. 2, 3), с данными работы.

Рис. 6.2. Сопоставление наших экспериментальных данных по распределению и4 на вершине (кр. 2) и у основания ребра (кр. 3) оребренной трубы с <1 хв х к = = 15×3×5 в пятом ряду пучка 1,66×1,53 с зависимостью Хименца для одиночного цилиндра (кр. I) [96] 96 ]"полученными для одиночной гладкой трубы и представленными (кр. I) в виде зависимости.

6.3).

Как видно из рис. 6.2, в лобовой части трубы скорость у основания ребра выше, чем у его вершины. Такая закономерность распределения скоростей получена и при обтекании первого ряда пучка труб с оребрением с1×5 * Ь =45x9x15. Описанное явление характерно для оребренных труб и объясняется неравномерным распределением дебита потока, обтекающего трубу.

Сопоставим, данные, полученные нами при экспериментальном исследовании сопротивления формы трубы (рис. ЗЛО), с результатами работ других исследователей. На рис. 6.3 представлены наши данные, полученные в пучке 1,66×1,53 оребренных труб д. = = 15 мм (кр. I) и данные, полученные в шахматных пучках гладких труб работ [97, 98] (кр. 2, 3). В работе [97] исследован шестирядный пучок (1,98×1,98) труб с1 = 12 мм, а в работе [98] - семирядный пучок (2,0×1,25) труб с1 = 30 мм.

Как видно из рис. 6.3а, на котором представлены экспериментальные данные, полученные в первом ряду пучка в интервале о л.

7,2−10? Яе^, ^ 1,8−10, значения коэффициента Св, определенного нами на трубе, несущей оребрение, совпадают с полученными в работе [97]. В глубинном ряду пучка (рис. 6.86) имеется некоторое расхождение наших данных с результатами работы [97], не превышающее 22%. Данные работы [98] словно продолжают диапазон результатов, полученных нами и в работе [97].

Сопоставим результаты по местной теплоотдаче, полученные в первом ряду компактных шахматных пучков. На рис. 6.4 предс.^зз.

Рис. 6.3. Сопоставление наших экспериментальных данных кр. I: точки — вершина ребра, пунктир — основание ребра) с данными, полученными в пучках гладких труб (кр. 2 — [97], кр. 3 — [98], где апервый ряд пучка, б — глубинный).

СЛ34.

IIIIII1Л' I I ' I I.

О 30 60 90 120 150.

Рис. 6.4. Сопоставление экспериментальных данных по местной теплоотдаче по периметру трубы. I, 2 — наши данэ, А ные, полученные при Яе^" 4−10 и 3−10 соответственно в пучке 1,13×1,06 оребренных труб с1= 45 мм, Ь. = 3 мм, 3 — данные а?

86] ставлены наши экспериментальные данные, полученные в пучке 1,13×1,06 оребренных труб с1 * 5 * Ь =45x9x3 (кр. 1,2), и данные, полученные в пучке 1,25×1,25 гладких труб (А = 150 мм [85] (кр. 3) и с1 = 30 мм [86] (кр. 4). Как ввдно, распределение местных коэффициентов теплоотдачи на лобовой части трубы при отсутствии максимума в лобовой критической точке характерно для первого ряда компактных пучков гладких и оребренных о к труб в интервале 1,4−10 ^ К^ 2,6−10. Повышение к е^ приводит к увеличению теплоотдачи в кормовой части трубы по сравнению с лобовой, и при Ее > Ю4 максимум теплоотдачи в лобовой части трубы становится меньше, чем кормовой.

6.2. Оценка влияния характеристик оребрения.

По данным экспериментального исследования пучков одинаковой компоновки, но с различным оребрением труб оценено влияние характеристик оребрения на сопротивление и на теплоотдачу. Известно, что главными характеристиками оребрения являются: диаметр трубы, несущей оребрение ((1), высота ребра (к), шаг ребра (5), а также коэффициент оребрения? (суммарная характеристика), В данном случае изменялись высота ребраисоответственно коэффициент оребрения при остальных постоянных параметрах.

Экспериментальные данные по споротивлению вышеуказанных пучков представлены на рис. 6.5а (кр. 1−3) в виде зависимости Ей = | (Ве). Последующая обработка данных в виде зависимости.

0,25.

С- = Ей, / г позволила определить, что показатель сте.

Н з пени при? равен 0,5 (рис. 6.56).

Определено также влияние высоты ребра на сопротивление. Получено, что показатель степени при параметре (I — К /д.) равен.

1,4 .

На рис. 6.6 показано изменение интенсивности теплоотдачи исследуемых пучков от числа Рейнольдса. Определено, что показатель степени при Ь. /с1 равен -0,14.

Как видно из рис. 6.7, на котором представлены данные теплоотдачи пучков в виде зависимости К4 = | (6), значения к4= К / в отдельных пучках труб различны. Согласно работе [4] при анализе показатель степени т для всех пучков принят постоянным (0,625). В работе [4] показатель степени при? в случае? > 6 получен равным — 0,375 (рис. 6.7, кр. I), а в наших экспериментах при 6⁶- (-0,14) (рис. 6.7, кр. 2).

Как видно из вышеприведенного материала, при обобщении о экспериментальных данных, полученных при 0,7^ Р^ ^ 3,8−10, продлен диапазон по для параметров (К / с1 и.

IК /6. (так как в [I] они применялись в диапазоне, А от 2−10 до 1,3−10) и установлено, что в случае? < 6 при обобщении данных по теплоотдаче следует использовать показатель степени при? , равный -0,14.

6.3. Сопоставление результатов по теплоотдаче и гидравлическому сопротивлению пучков оребренных труб.

Сопоставим данные по средней теплоотдаче. С этой целью рассмотрим особенности обобщения экспериментальных данных по методикам, представленным в работах [I, 4]. Для анализа используем наши экспериментальные результаты, полученные в пучках оребренных труб о1 = 45 мм.

Обобщенные в виде зависимости К = ^ (рис. 5.6) экспериментальные данные по теплоотдаче вышеуказанных пучков,.

С.<37.

6 8.

4 6 8 10 ч.

Рис. 6.5. Определение влияния коэффициентов оребрения с.

Т Г) ~0'25 на сопротивление, с;

6 8 10 2 4 6 8 Ю 2 4 /?е.

Рис. 6.6. Определение влияния высоты ребра на теплоотдачу, к^К-Ве^" 4.

0,3.

С. 138.

1 1 I 1 1 1 1 |. оо о э —;

2/ оз®- -4″ -5*1 1 1 -6А-7, 1 1 1 1 1 1 б в ю е.

Рис. 6.7. Определение влияния коэффициента оребрения на теплоотдачу: I — [4], 2 — наши данные, 3 — [33].

4 — [3], 5 — [31], 6 — [99 ], 7 — наши данные даже без оценки факторов геометрии оребрения и компоновки пучка, располагаются сравнительно близко (максимальная разница о л между отдельными точками при Ю и Ре^ = 10 составляет 18%, а при ГЗе^ = 5-Ю4 не превьшает 21%). Поскольку пучок 1,13×1,06 сребренных труб с (. х б * к =45x9x3 принадлежит к группе особо тесных пучков, в которых происходят лами-наризация потока и понижение теплоотдачи по сравнению с менее компактными пучками, то в дальнейших обобщениях его данные не будут использоваться.

При обработке наших экспериментальных данных по методике, предложенной в работе [4] (т.е. в виде зависимости К'£°'35 = = ^ (Бе,), получается отклонение экспериментальных точек от пли обобщающей прямой при = 10, 10 и 6−10 соответственно на 14, 14 и 32%, Обработка данных по зависимости К-£0,/1^= т. е. с установленным нами показателем степени при? (рис. 6.7), дает разброс точек при вышеприведенных значениях Ре, соответ.

СИ4ственно на 5,7 и 14%. Обобщение данных по зависимости К (К/с[) -0,46 -0,2 5 /с1) (а/Ь) = [I] дает разброс точек на 9,9 и 10,4%. Эта зависимость и принимается окончательно для обобщения наших данных и сопоставления их с результатами работ других авторов. Обобщающая наши данные ломанная линия выражается зависимостьюдля 5-Ю2? .<2'Ю4 для 2-Ю4^ 4 8-Ю4 при 1,33 < а < 1,66, 1,23 ^ ь <1,53, б/с? = 0,2 и 0,07 < К/6. 4 0,33.

Теплоотдача пучков оребренных труб с1 = 15 мм обобщается зависимостью:

НиГ0,256 (6.6) при Ю3 < 1,13 ^ а ^ 1,66, 1,06 4- Ь < 1,53,.

Ь/сI = 0,2 и 0,07 К/±-? 0,33.

Теплоотдача обеих групп пучков с с! = 45 мм и с1 = 15 мм с меньшей точностью обобщается ломаной линией (рис. 6.8): при 5-Ю2^ 4 2-Ю4.

Му 0,235 Ре/'" при 2"Ю4″: ¡-Зе^ 8-Ю4 гш, — 0,4064 ре-7гРг-'}6(рур^)°'25(а/б)0'г (з/а)°'1>/аГ'-б.8) если 1,13 а? 1,66, 1,06 ^ Ь ^ 1,53, з/с* = 0,2 и 0,07^К/ои< ч< 0,33.

Сопоставление наших данных (зависимости (6.4)-(6.6) с результатами работ других авторов приведено на рис. 6.9. Здесь в виде кривых представлены зависимости, обобщающие экспериментальные данные групп пучков оребренных труб. Выделяются прямые I [100] и 8 [43], которые представляют по одному пучку. Исследование [100] - единственная работа, посвященная изучению теплоотдачи при низких. В работе [43] исследована теплоотдача пучка труб, оребрение и профиль ребра которых принадлежат к группе изученных нами экспериментальнов ней использован метод полного теплового моделирования, т. е. обогревались все трубы (с1 х б х к = 16,1×2,85×4) пучка 1,68×1,43. cJlf^ 2 «I • ЧИ II|-.1−1.

2 Ч 6 в Ю3 2 4 6 в Л?* 2 4 йе^.

Рис. 6.8. Данные по средней теплоотдаче пучков труб, где значения 1−7 соответствуют значениям пучков № 2−4 и 6−9 (табл. 2.1) ГТ I I I 1111 I П I I I 111 I I I I I I II | Г 1 I I II 111−1 I мин к .

Ю ii. I i i i i i i 111 i i i i i i 111 1 1111.

ЙГ ю.

10'.

Рис. 6.9. Сопоставление обобщенных зависимостей по средней теплоотдаче: I — обобщенная зависимость по [100], 2 — [3], 3 — [99], 4 — [33], 5 — [101], 6, 7 — наши зависимости, 8 — [43], 9 — [31], 10 — [I], И — [Ю2].

Из сопоставления следует, что наши экспериментальные данные, полученные в потоке вязкой жидкости, хорошо согласуются с данными, полученными в потоке воздуха [I, 3, 31, 33, 43, 99−102] .

Сопоставим экспериментальные данные по гидравлическому сопротивлению. Обобщим наши экспериментальные данные, представленные на рис. 4.3 и в табл. 4.1 с учетом компоновки пучка и геометрии оребрения трубы. Анализ методик оребрения, приведенный в главе I, привел к выводу, что более перспективным является метод, представленный в работе [5]. Поэтому наши данные обрабатывались в виде г 0,55р 0,5 .-0,5.. зависимости abc, в которой показатель степени при коэффициенте оребрения? принят по нашим экспериментальным данным и данным работ [5], а при относительных шагах пучка, а и 6 — согласно [I] и [5]. В результате получены обобщающие зависимости (рис. 6.10): для 2-Ю2^ Rej. ^ 8-Ю2.

— 0,7 0,5 «0,55 -0,5.

Eui=/f = 67,6 Ref? а Ь (6.9) при 1,43 U i 5,13, 1,13 ^ а 4 1,66, 1,06 Ь S 1,53. для 8-Ю2 < Re^ 1,1.Ю5.

— 0,3 Л 5- -0,55 -0,5 lu.^ = 4,7? а Ь (6.10) при 1,43 ^? 5,13, 1,13 ^ а s< 1,66, 1,06 4″ Ь ?1,53 На рис. 6. II обобщающая зависимость (6.9) и данные работы [100] представлены прямой I, обобщающая зависимость (6.10) — прямой 2, а обобщающие зависимости (1.30) и (I.3I) по [5] - ломаной прямой 3.

6.4. Эффективность пучков оребренных труб и определение оптимальной высоты ребра.

Коэффициент эффективности пучков оребренных труб, показываю.

СЛкЪ.

Ей яГ в 6.

4 2.

1111 1 II Е^ЕисГ^ —1—1— —1— Д- { —1— —1—1— 4 тар V- 2 •— 5 о-З *— 6.

X — 7.

1 1 -1—'—1— —1— 11 1.

2 4 6 в.

2 и 6 вЮ 2 4 6 йе^.

Рис. б.Ю. Данные по гидравлическому сопротивлению пучков, где значения 1−7 соответствуют значениям пучков № 2−4 и 6−9 табл. 2.1.

Рис. 6.11. Сопоставление обобщенных зависимостей по гидравлическому сопротивлениюI, 2 — наши зависимости, 3 — зависимость из работы [5] щий увеличение их теплоотдачи, отнесенное к увеличению сопротивления, определяется соотношением п = —) (6.11).

Ь сЕи где Ск * / Кэг, С? а= £и ?/ Еиэт (здесь величины K?, принадлежат сравниваемому пучку, К9Г и Еиэт — эталону). Определим для пучков труб с оребрением с1 * зхЬ = 45×9 х х 3 и 45×9×7,5 отдельно, принимая за эталон компактные I пучки.

10 3.

Для пучков с оребрением труб 45×9×3 при 4 • коэффициент эффективности получен равным 2,26, а при = 4"Ю4 — 1,77. Для пучков с оребрением труб 45×9×7,5 -1,37 и 1,32 соответственно. Значит, ур. 6.11 не окончатально определяет эффективность пучков труб, так как в нем не учитывается важный показатель — компактность пучка.

Сравнение пучков оребренных труб по уравнениям подобия теплоотдачи и гидравлического сопротивления не дает однозначного ответа на вопрос, который из них в заданном случае является самым эффективным. Оценить поверхности теплообменника можно несколькими способами, но их фундаментом является методика, представленная в работе [ЮЗ], основанная на определении энергетического коэффициента.

Е — —, (6.12).

11 э N где Ц — тепловой поток, N — мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления.

На основании теории подобия и исследований [ЮЗ, 10^ в [105, 106] разработан метод определения эффективных теплооб-менных поверхностей. Следуя этому методу, для определения наиболее эффективной теплообменной поверхности необходимо: а) определить величину Ей Ре.3, К при Ей ¿-скт и компактность П. Максимальное значение произведения ПК свидетельствует о наиболее эффективной теплообменной поверхности.