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

2

St Pr 3 f (Re)

и

f ( 4 ) (Re) .

При этом в качестве определяющего линейного размера принимается эквивалентный диаметр трубы, а скорость теплоносителя определяется в минимальном поперечном сечении трубы (см. гл.1, ч. 1).

Таблица 3.4

Рис. 3.12. Теплоотдача и потеря напора в сплющенных трубках типа 1 [8]

На рис. 3.12 и 3.13 дана зависимость фактора трения ƒ от Re; как известно, коэффициент сопротивления ζ связан с фактором трения ƒ соотношением

ƒ = ζ/4.

На тех же графиках пунктиром нанесены кривые, соответствующие гладкой трубе без входного участка (острая крамка) при длине, составляющей 80d.

Из рис. 3.12 следует, что в трубе типа 1 (табл. 3.4) в области ламинарного режима течения отмечается повышение коэффициента теплоотдачи и сопротивления на 20-25 % по сравнению с гладкой трубой; переход к турбулентному режиму происходит несколько раньше, причем в переходной области

131

коэффициент теплоотдачи выше на 50-60 %. Наконец, при развитой турбулентности (Re>6000) теплоотдача и сопротивление для трубы типа 1 и гладкой трубы практически одинаковы. В трубе типа 2 (рис. 3.13) в переходной области теплоотдача существенно интенсифицируется: так при Re≈(3÷4)·103 коэффициент теплоотдачи для трубы типа 2 вдвое выше, чем в гладкой трубе, а коэффициент сопротивления выше в 1,5 раза.

Рис 3.13. Теплоотдача и потеря напора в сплющенных трубках типа 2 [8]

Исследовалась теплоотдача и потеря напора при течении воды в круглых трубках внутренним диаметром d=1; 1,85; 2,95 и 4 мм при толщине стенки 0,5 мм, которым придавалась различная конфигурация (прямых, с разрывом, с чередующимися изгибами и сужениями, волнистых). Скорость воды достигала 4 м/век; вода нагревалась паром, который конденсировался на наружной поверхности трубок. Установлено, что интенсивность теплоотдачи в фасонных

132

каналах при высоких степенях нагрева лишь немного больше, чем в прямых каналах; значительное повышение интенсивности отмечено при высоких скоростях и в малых степенях нагрева жидкости вдоль канала. В то же время потери напора в фасонных каналах значительно выше. Автор считает, что сокращение прямого участка любыми способами чаще, чем 50d, не увеличивает интенсивность теплоотдачи, но существенно повышает гидравлическое сопротивление.

Гидродинамическое сопротивление трубок, по длине которых на определенном расстоянии l друг от друга стенки трубки деформировались таким образом, что в местедеформации сечение приобретало форму, указанную на рис. 3.14; чередующиеся деформированные сечения повернуты на 90º. Опыты проведены при течении воздуха в трубках внутренним диаметром d=21 мм, причем

(d/a)=1,667÷3,03 (рис. 3.14) и (d/l)=0,0149÷0,090, а также d=26,4 мм, (d/a)=1,98÷5,62 и (d/l)=0,0188÷0,218. В области

Re=9000÷60000 коэффициент сопротивления выражается эмпирическим уравнением

Рис. 3.14. Труба с периодически изменяющимся сечением [8]

133

3.4.Интенсификация теплоотдачи при пульсациях давления

Продольные пульсации давления в потоке, движущимся по трубе, вызывают чередующиеся замедления и ускорения потока в зависимости от фазы полного цикла пульсации. Так, если колебания давления происходят по закону синусоиды (рис. 3.15), то на участке АВС скорость потока выше значения ω0, определяемого расходом и поперечным сечением канала, а на участке СDE – ниже этого значения. Очевидно, что участки АВ и DE (рис. 3.15) соответствуют ускорению потока, а участок BCD – замедлению потока.

Рис. 3.15. Закономерность изменения давления в потоке со временем [8]

Явления, происходящие при замедлении потока, аналогичны наблюдающимся в расширяющемся димфузоре, где, как известно, происходит отрыв пограничного слоя от стенки канала и образование вихрей в зоне отрыва. В этих условиях следует ожидать уменьшения термического сопротивления пограничного слоя конвективному переносу тепла, т. е. интенсификации теплоотдачи.

134