Материал: Интенсификация теплообмена в энергоустановках. Сборник задач. В двух частях. Трошин А.Ю., Коновалов Д.А

оказывает величина т; отношение (L'/K) влияет на ζ не так сильно.

В области 1500 ≤ Re ≤ 80000, 0,25 ≤т ≤ 0,85 и 10 ≤ L'/K≤

200 коэффициент сопротивления достаточно точно выражается уравнением

в котором е = 2,718 основание натуральных логарифмов.

На основании анализа опытных данных о теплоотдаче установлено, что в турбулентной области величина Nu для трубок со вставками в отдельных случаях в четыре раза выше, чем для гладких трубок; наклон прямых, выражающих связь между Nu и Re в билогарифмической системе координат, для трубок со вставками-диафрагмами приблизительно такой же, как и для гладких трубок.

На рис. 3.2 показано влияние т и (L'/K) на величину отношения, Nu/Nu0), где Nn0 величина критерия Нуссельта для гладкой трубки такого же диаметра. Кривые на рис. 3.2 с точностью до ±3 % описывают опытные данные в области 10000 < Re <40000; в более широкой области 4000 < Re <80000 отклонения составляют ± 10 %. Кривые, соответствующие значениям (L'/K) <10, не нанесены на график, так как они располагаются ниже кривой для (L'/K) = 10. Таким образом, наиболее интенсивна теплоотдача в трубах при (L'/K) = 10. Максимальное достигнутое значение Nu для трубы с рассматриваемыми вставками в 4,5 раза выше, чем в такой же гладкой трубе; оно получено при т = 0,3 и L'/K= 10.

На рис. 3.3 показан другой тип вставок, приближающийся к рассмотренным выше диафрагмам (рис. 3.1), так называемые кольцевые вставки. В отличие от диафрагм между наружной образующей кольца и внутренней поверхностью трубы существовал зазор, в 2,2 мм; наружный диаметр колец равен 44,5 мм, а внутренний равнялся 40 или 37 мм; таким образом, К=2,25 и 3,75 мм. Толщина колец 1 мм. Кольца укреплялись на латунных стержнях диаметром 1 мм и в таком виде

110

легко устанавливались в трубе; зазор фиксировался специальными проволочными штырями. На основании результатов опытов с диафрагмами величина (L'/K) принята равной 10, что близко к оптимальному значению. Полученные результаты мало отличаются от результатов, полученных для диафрагм с

К= 5 и (L'/K)=10.

Рис. 3.2. Влияние т и (L'/K) на (Nu/Nu0) для вставок в виде диафрагм [8]

111

Рис. 3.3. Кольцевые вставки: dв = 40 мм;

К = 2,25 мм; dв = 37 мм; К = 3,75 мм [8]

На рис. 3.4 показаны вставки, выполненные в форме тонких сплошных дисков, закрепленных на стержне, установленном по оси трубы. Положение дисков относительно стенок трубы фиксировалось центрирующими штырями (рис. 3.4), которые припаивались к некоторым дискам. В табл. 3.2 указаны размеры исследованных дисковых вставок. Величина в данном случае представляет отношение кольцевого сечения в месте расположения диска и полного сечения трубы, т. е.

Рис. 3.4. Дисковые вставки [8]

Для труб с дисковыми вставками характерно отсутствие отчетливого перехода от ламинарного режима течения к турбулентному.

112

Вобласти Re > 5000 коэффициент сопротивления ζ не

зависит от Re; исключение составляет труба с дисками ds= 20 мм: для нее величина ζ понижается по мере роста Re также и в области Re>5000. По-видимому, это объясняется относительно большой долей сопротивления, оказываемого стенками канала в общем сопротивлении потоку. Максимальное значение

ζдля трубок с дисковыми вставками, достигнутое в проведенных опытах, оказалось в 400 раз выше, чем для гладких трубок.

Вобласти 0,36 ≤ т ≤ 0,85 и 1,5 ≤L'/ds≤ 8 коэффициент сопротивления выражается эмпирическим уравнением

где е = 2,718 основание натуральных логарифмов.

Как и в случае диафрагм, зависимость Nu от Re в било- га-рифмической системе координат выражается для дисковых вставок прямыми, наклон которых близок к наклону прямой, соответствующей гладкой трубе. В наиболее благоприятных условиях получено значение Nu в 5 раз более высокое, чем для гладкой трубы.

Влияние параметров т и (L'/ds) на отношение Nu/Nu0, где Nu0 соответствует гладкой трубе, показано на рис. 3.5; кривые охватывают область Re = (1 ÷ 4) ∙ 104. По сравнению со вставками-диафрагмами (рис. 3.2), зависимость Nu/Nu0 от т для дисковых вставок выражена значительно сильнее; кривые идут особенно круто в области 0,85 ≤ т ≤ 1.

Исследовались также так называемые пропеллерные вставки, напоминающие по форме колесо осевого вентилятора. Отдельные элементы изготовлялись из латунных дисков диаметром 50 мм и толщиной 1 мм, которые разрезались по радиусу в шести местах, после чего образовавшиеся лопасти отгибались под углом 45° относительно плоскости диска. Затем полученные таким образом «пропеллеры» надевались на

113

латунный стержень диаметром 4 мм. Опыты проводились при различном расстоянии между «пропеллерами», которое составляло L' = 49; 98; 326 и 980 мм, т. е. на весь рабочий участок приходилось 20; 10; 3 или 2 «пропеллера». Установлено, что пропеллерные вставки обладают некоторыми преимуществами в области низких значений критерия Re; уменьшение L' нецелесообразно, так как не приводит к заметному увеличению Nu, но в то же время существенно повышает сопротивление канала.

Рис. 3.5. Влияние т и (L'/ds) на Nu/Nu0 для дисковых вставок [8]

На рис. 3.6 показана спиральная вставка, выполненная из алюминиевой ленты толщиной 1 мм и шириной 50 мм.

114