МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ОПЫТНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ПО КОНВЕКТИВНОМУ ТЕПЛООБМЕНУ

METODOLOGY OF PROCESSING EXPERIMENTAL RESULTS ON CONVECTIVE HEAT EXCHANGE
Цитировать:
МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ОПЫТНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ПО КОНВЕКТИВНОМУ ТЕПЛООБМЕНУ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Айымбетов М.Ж. [и др.]. 2021. 11(92). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12596 (дата обращения: 27.05.2024).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследования по теплоотдаче при вязкостно-гравитационном течении жидкости в горизонтальном канале вдоль одиночной трубы и пучка с шахматным расположением труб.

ABSTRACT

The article presents the results of research on heat transfer in a viscous-gravitational fluid flow in a horizontal channel along a single pipe and a bundle with a staggered arrangement of pipes.

 

Ключевые слова: теплоотдача, конвекция, теплоноситель, плотность, Рейнольдс, Нуссельт.

Keywords: heat transfer, convection, coolant, density, Reynolds, Nusselt.

 

Общеизвестно, что теплообменные аппараты широко используются в различных отраслях народного хозяйства нашей страны и во всем мире. Особенно много теплообменников применяются в химической, нефте и газоперерабатывающих, нефтехимической, пищевой, энергетике, холодильной и криогенной технике, в системах отопления и горячего водоснабжения, кондиционирования и других производствах [1, с.63]. Так, например, химической и нефтеперерабатывающих предприятиях, доля теплообменной аппаратуры составляет 40%.

Проведены исследования по теплоотдаче при вязкостно-гравитационном течении жидкости в горизонтальном канале вдоль одиночной трубы и пучка с шахматным расположением труб, обогревательных по закону tc=const. При этом изменялась скорость течения воды и температура входа горячего теплоносителя, т.е. технического масла, что позволило получить данные по теплоотдаче в широком диапазоне изменения числа Релея, характеризующего вклад свободной конвекции в процесс теплоотдачи. Использование в качестве экспериментальных участков пучков с различным расположением труб в пучке на интенсивность теплоотдачи при совместном действии свободной и вынужденной конвекции. Также проводилось исследования локальной и средней теплоотдачи при вязкостно-гравитационном течении жидкости вдоль одиночной трубы, обогреваемой по закону qc=const.

В процесс исследования изменялась скорость течения воды и плотность теплового потока, за счет изменения силы тока, проходящего непосредственно через стенку трубы. В ходе экспериментов исследовалось распределение поля температур с помощью 15 термопар, заделанных в стенке трубы. Как уже отмечалось выше, в результате проведения экспериментов при tc=const имели возможность получить следующие данные: расход горячего и холодного теплоносителей (G1, G2), температуры входа и выхода горячего (t1¢, t1²) и холодного (t2¢, t2²) теплоносителей.

Перед расчетом, определив среднемассовые температуры обоих теплоносителей по формуле [2, с.49; 3, с.1142]

                                                            (2.2.1)

Находились все теплофизические свойства для каждого теплоносителя ( ср, l, r, m, n, Pr ). И так, исходные данные для расчета:

Таблица 2.2.1.

Исходные данные для расчета

По горячему теплоносителю

По холодному теплоносителю

G1 - массовый расход, кг/с

G2 - массовый расход, кг/с

T1¢ - температура входа, 0С.

T2¢ - температура входа, 0С.

T1²- температура выхода, 0С.

T2²- температура выхода, 0С.

ср - теплоемкость, Дж/кг∙К.

ср - теплоемкость, Дж/ кг∙К.

l - коэффициент теплопроводности, Вт/м∙К

l - коэффициент теплопроводности, Вт/м∙К

m - динамический коэффициент вязкости, Н∙с/м2

m - динамический коэффициент вязкости, Н∙с/м2

 

 Pr – число Прандтля

 

 b - коэффициент объемного расширения, 1/град

 

Расчет ведем сначала по горячей стороне:

- определяем число Прандтля по формуле:

Pr = cp×m/l

- определяем число Рейнольдса по формуле [4, с.213]:

где dэ =D – эквивалентный диаметр, м; D – внутренний диаметр, м.

Далее находим число Нуссельта [5, с.130]

  При Re ³ 3500

 

В этом уравнении не учитывается направление теплового потока, поэтому в дальнейшем необходимо ввести поправку (mс/mж)-0,25 [6, с.95]. Коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке

Количество тепла, отданное горячим теплоносителем

Количество тепла, принятое холодным теплоносителем

Средне логарифмический температурный напор

коэффициент теплопередачи

где l – длина трубы, м; с другой стороны можно записать

где D1 – наружный диаметр трубы, м; lс – коэффициент теплопроводности материала стенки трубы, Вт/м∙К.

Отсюда находим коэффициент теплоотдачи, по холодной стороне

Температура стенки с наружной стороны:

Определяем отношение

Находим a1 с учетом этой поправки

Находим

Определяем уточненное значение температуры стенки [7, с.102]

Далее расчет ведется по холодной стороне:

Далее, зная , находим значение числа Нуссельта

Определяем критерий Gr - число Грасгофа [8, с.87]

    

Вычисляем критерий Ra - число Релея [9, с.53]

Находим

Определяем отношение (mж/mс)0,14. Далее определяем

 и

Таким образом, изменялась скорость течения воды и плотность теплового потока, за счет изменения силы тока, проходящего непосредственно через стенку трубы. Также, исследовалось распределение поля температур с помощью 15 термопар, заделанных в стенке трубы. Как уже отмечалось выше, в результате проведения экспериментов при tc=const имели возможность получить следующие данные: расход горячего и холодного теплоносителей (G1, G2), температуры входа и выхода горячего (t1¢, t1²) и холодного (t2¢, t2²) теплоносителей.

 

Список литературы:

  1. Афанасьев В.Н. Теплообмен и трение на поверхностях, профилированных сферическими углублениями /В.Н. Афанасьев, А.И. Леонтьев, Я.П. Чудновский// Препр. МГТУ им. Н.Э. Баумана №1-90. – М.: Изд-во МГТУ, 1990. – 118с.: ил.
  2. Беленький М.Я. теплогидравлические характеристики поперечно обтекаемых поверхностей с лунками /М.Я. Беленький, М.А. Готовский, Б.М. Леках //Теплоэнергетика. – 1995. - №1. – С.49-51.
  3. Беленький М.Я. Экспериментальное исследование тепловых и гидравлических характеристик теплообменных поверхностей, формированных сферическими лунками. /М.Я. Беленький, М.А. Готовский, Б.М. Леках // Теплофизика высоких температур. – 1991. – Т.29. - №6. – С.1142-1147.
  4. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982. 472 с.
  5. Юсупова Н.К. Технология получения строительного битума из нефтяных шламов. Дисс. докт.фил. (PhD) технических наук, Ташкент-2021. – 101 с.
  6. Калинин Э. К. , Дрейцер Г. А., Ярхо С. А. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: Машиностроение, 1990. 200 с.
  7. Гортышов Ю.Ф. Расчетное и опытное моделирование теплообмена и сопротивления в каналах со сферическими выемками на стенках /Ю.Ф. Гортышов, В.В. Олимпиев, Р.Д. Амирханов// Тепломассообмен. ММФ-96: Тезисы докладов. – Минск: ИТМО АНБ, 1996. – Т.1. – Ч.2. – С.137-141.
  8. Гортышов Ю.Ф. Теплообмен и трение в каналах со сферическими углублениями/Ю.Ф. Гортышов, Р.Д. Амирханов // Сб. Рабочие процессы в охлаждаемых турбомашинах и энергетических установках. – Казань: КГТУ, 1995 – С.87-90.
  9. Интенсификация теплообмена при помощи лунок в плоском канале при низких скоростях движения воздуха /А.В. Туркин, А.Г. Сорокин, О.Н. Брагина и др.// тепломассообмен. ММФ-92. – Минск,1992. – Т.1. – Ч.1. – С.53-55.
Информация об авторах

канд. техн. наук. доцент Каракалпакского Государственного университета им. Бердаха, Узбекистан, Республика Каракалпакстан, г. Нукус

Cand. of Technical Sciences, Assistant professor of Karakalpak State university named after Berdakh, Uzbekistan, R. Karakalpakistan, Nukus

канд. техн. наук. доцент Каракалпакского Государственного университета им. Бердаха, Узбекистан, Республика Каракалпакстан, г. Нукус

Cand. of Technical Sciences, docent of Karakalpak State university named after Berdakh, Uzbekistan, R. Karakalpakistan, Nukus

д-р техн. наук (DSc) докторант, кафедры Процессов и аппаратов химической технологии, Институт общей и неорганической химии Академии Наук Республики Узбекистан, Республика Узбекистан, г. Ташкент

PhD of technical sciences, Doctoral student of laboratory, Department of Processes and Apparatuses of Chemical Technology, Institute of General and Inorganic Chemistry Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent

студент Каракалпакского Государственного университета им.Бердаха, Узбекистан, Республика Каракалпакстан, г. Нукус

Student of Karakalpak State university named after Berdakh, Uzbekistan, R. Karakalpakistan, Nukus

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top