Файл: Календерьян В.А. Теплоотдача плотного движущегося слоя и методы ее интенсификации.pdf

ГЛАВА V

ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ОМЫВАНИИ ОРЕБРЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

V. 1. ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ

В большинстве известных в литературе работ [72, 160, 184, 199, 252] для развитых поверхностей определялись приведенные ко­ эффициенты теплоотдачи (уравнение (II.5)), что позволяет ограни­ читься измерением температуры только несущей поверхности (у основания ребер). Однако такие данные имеют весьма ограниченную ценность, так как в а п р , помимо сопротивления теплоотдачи, учи­ тывается и сопротивление теплопроводности ребер. В связи с этим перенос таких данных на поверхности, выполненные из разных ма­ териалов, с различной толщиной ребер, неправомерен. Указанные термические сопротивления можно разделить, используя коэффици­ ент эффективности ребер, для расчета которого имеются аналити­ ческие зависимости. Большая часть из них получена в предположе­ нии о постоянстве теплоотдачи по поверхности ребра [75, 208, 219, 223, 233], в то время как в действительности это предположение не оправдывается.

Впервые попытка дать методику расчета развитых поверхностей с учетом неравномерного распределения теплоотдачи была сделана

для исследованных типов оребрения. В [127] использовался такой ж е коэффициент. В указанных работах неравномерность оценивали кос­ венно без учета истинного закона изменения теплоотдачи по ребру. Определяющий комплекс mh подсчитывали по среднему коэффи­ циенту теплоотдачи всей поверхности, а не ребер.

Определенная таким образом поправка учитывает не только влия ­ ние неравномерности, но и различие в теплоотдаче ребер и несущсй поверхности, которое в ряде случаев может быть существенным. Кроме того, как показано в [20, 146, 208, 241], поправка зависит от степени неравномерности, комплекса mh и не может быть принята равной постоянной величине. В [171, 172] поправка введена непо­ средственно к коэффициенту эффективности, вычисленному при ус­ ловии ар = const. Кроме того, в [172] экспериментально получена

95

зависимость поправки от комплекса mh для случая обтекания возду­ хом цилиндра с кольцевыми поперечными ребрами.

С учетом целесообразности их раздельного исследования нами была принята следующая методика:

1) изучение среднего теплообмена слоя с развитыми поверхнос­ тями различной конфигурации, нахождение оптимальных характе­

3) теоретический анализ процесса теплопроводности для каждого типа ребер с учетом истинного закона изменения теплоотдачи, разработка рекомендаций для расчета коэффициента эффективности, а также поправки, учитывающей влияние, неравномерности,

зависимость коэффициента эффективности ребер от их размеров, теплопроводности и условий охлаждения.

Принятая методика позволяет получить расчетные зависимости и рекомендации, справедливые в широком диапазоне изменения оп­

ности в зависимостях для коэффициента эффективности и поправки. Кроме того, на основании этих данных могут быть проанализирова­ ны условия работы отдельных элементов поверхности (ребер, ос­ нования), разработана рациональная форма ребер.

96

V. 2. СРЕДНИЙ ТЕПЛООБМЕН С РЕБРИСТЫМИ ЦИЛИНДРАМИ

Одиночные цилиндры

На рис. V . l . показаны калориметры для изучения средней теп­ лоотдачи, схемы расположения термопар и измерений. Термопары расположены в трех сечениях по длине калориметра для возможно­ сти оценки торцевых потерь тепла. В каждом сечении замеряли тем­ пературы в нескольких точках ребра (tpi) и несущего цилиндра (t0;). Горячие спаи термопар изолированы тонким слоем клея БФ-2 и зачеканены в поверхность калориметра, а термоэлектроды выведены по изотермам. Чтобы уменьшить искажение температурного поля, размеры канавок, в которых уложены термопары, сделаны мини­ мальными (погрешность оценивалась по методике [1]).

Коэффициент конвективного теплообмена а рассчитывали по средневзвешенной температуре поверхности

подсчитанной по средним температурам ребер и основания

п

1=1

' Ниже приводится анализ данных по среднему теплообмену для оребрения различной конфигурации.

Теплоотдача оребренных поверхностей зависит от их конфигура­

слоя более существенна для цилиндров с прямыми продольными реб­

ты ребер, особенно заметно проявляется при кольцевом оребрении. Например, для цилиндра диаметром 33,5 мм с изменением высоты ребер от 10 до 30 мм коэффициент теплоотдачи уменьшается на 15%, для цилиндров с прямыми ребрами соответствующие изменения не превышают нескольких процентов. Увеличение диаметра несущего

98

цилиндра во всех случаях приводит к снижению коэффициента теп­ лоотдачи. Аналогично сказывается уменьшение шага кольцевых ре­ бер. Теплоотдача поверхностей со срезанными ребрами от шага прак­ тически не зависит, а с увеличением высоты ребер улучшается. .

Влияние геометрических и режимных характеристик на тепло­ обмен объясняется их влиянием на характер омывания. Ребра не из­

ние (V. 1) с учетом конкретных ус­

ловий может быть упрощено. Так как свойства теплоносителя не из­ менялись, опущены коэффициенты трения. В исследованных пре-

< 114), так как характер омывания определяется главным образом конфигурацией поверхности. Не сказываются и условия движения материала в межреберных зазорах, которое во всех опытах было не-