автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Гидродинамика и теплообмен при течении нелинейно вязко-упругой жидкости в трубах с винтовой накаткой

казанский 'государственный технологический РГ8 ОД университет

На правах рукописи

КОНАХИНА Ирина Александровна

ГИДРОДИНАМИКА.И ТЕПЛООБМЕН ПРИ ТЕЧЕНИИ НЕЛИНЕЙНО ВЯЗКО-УПРУГОЙ ЖИДКОСТИ В ТРУБАХ С ВИНТОВОЙ НАКАТКОЙ

05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань-1993

Работа выполнена на кафедре Промышленной теплоэнергетики Казанского филиала Московского энергетического института -Технического университета.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Назмеев Ю.Г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Зиннатуллин Н.Х-

кандидат технических наук, доцент Олимпиев В.В.

Ведущая организация:

ТатШИнефгемаш

Зашита состоится " /_" оси* л Ц 4 1993 г. на заседании специализированного совета Д 063.37.02 при Казанском Государственном Технологическом Университете по адресу: 420015, г.Казань, ул.К.Ыаркса, 68, корп.А, 2-й этаж.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГСУ.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук

Л.Г.Ветовкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В условиях экономического кризиса, роста цен на энергоносители, на все виды материалов и услуг на первий план встает проблема снижения ¡металлоемкости и энергопотребления оборудования промышленных предприятий. Все это в полной мере относится к теплообменному оборудованию, как одному из наиболее распространенных видов технологического оборудования.

Особенно остро проблема встает для химической промышленности, характериэуишейся высоким удельным объемом теплообменного оборудования в промышленных технологиях. Очень часто рабочие среды, используемые в этом оборудовании имеют высокие значения'эффективной вязкости проявляют свойства нелинейной вязкости и нелинейной вязко-упругости. 'Следствием этого являются низкие скорости течения, малая производительность, высокая энергоемкость производства и материалоемкость теплообменного оборудования. Кроме того, сложные реологические свойства рабочих сред ведут к усложнению анализа работы и расчета оборудования. .

Таким образом, очевидна потребность разработки методов расчета систем, отличавшихся неньютоновским поведением, для проектирования и создания интенсифицированного теплообменного оборудования. Этой проблеме и посвяшена предлагаемая работа. Диссертационная работа связана с Госбюджетной НИР (раздел 1.9.1.2.2 Координационного плана АН СССР, 1? гос.регистрации 01860032657).

Цель работы. Цель настоящей работы заключена в следующем:

1. Получить систему уравнений, позволяюпухх описать процесс теплообмена при течении в трубах с винтовой накаткой произвольной жидкости, характеризующейся сложностью не выше второго порядка, по классификации, принятой в теоретической гидромеханике.

2. Получить численные результаты тепловых и гидродинамических характеристик исследуемого процесса'..

3. Провести анализ механизма возникновения эффекта интенсификации теплообмена при использовании интенскфикатора в форле винтовой накатки.

4. Исследовать влияние реологических свойств жидкости на процесс теплообмена при течении в трубах с винтовой накаткой.

Научная новизна. К наиболее существенным научным результатам могно отнести следуюпие:

I. Разработала.математическая модель процесса теплообмена при течении нелинейно вязко-упругой жидкости в тр(убах с винтовой

- 3 -

накаткой в условиях ламинарного режима.

2. Проведен анализ механизма возникновения эффекта интенсификации теплообмена в трубах с винтовой накаткой.

3. Исследовано влияние реологических свойств жидкости на гидродинамические и тепловые характеристики процесса теплообмена в трубах с винтовой накаткой.

4. Проведено экспериментальное и теоретическое исследование тепловых и гидродинамических характеристик процесса теплообмена при течении вязких к нелинейно вязко-упругих жидкостей в трубах с винтовой накаткой в условиях ламинарного режима.

5. Проведено исследование влияния геометрических размеров винтовой накатки на процесс теплообмена.

Практическая ценность работы. Использование накатанных труб в кожухотрубчатых теплообменниках, работающих на високовпзких средах позволяет на 30-5С$ снизить цеталгошость б знаЧательЕО увеличить эффективность использования теплообменных поверхностей при прочих равных условиях.

Разработанные прикладные программы для ЭВМ единой системы могут быть использованы для проектирования и создания интенсифицированного теплообменкого оборудования.

Результаты работы использованы при практическом внедрении интенсифицированного теллообкенного оборудования на ПО "Хитон" при производстве лаков и красок.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены на конференциях: Республиканская научная конференция "Повышение эффективности энергоснабжения промышленных предприятий", Казань, 1990\ First Battle Hea-t Transfer Conference, GottSprg^ede/?, -/33% П-Я Минский международный 2>орум по тепло- и массообмену, Минск, 1992; Юбилейная научная конференция Казанского филиала ЫЖ, пос-вяпенная 25-летию КФ МЭИ, Казань, 1593.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, списка ислользо-,. ванных источников и приложений. Работа изложена на 133 стр. ма-□инсписного текста, содержит 43 рисунка и 3 таблицы. Список использовании* источников содержит 101 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дается обзор основных конструкций интенсифи-каторов конвективного теплообмена з форме дискретной шероховатости, а также характеристика осношшх работ, посвяшешшх проблеме интенсификации теплообмена этим способом и математическому моделированию процесса теплообмена в высоковязких средах.

Из анализа основных литературных источников, сделаны следующие вь о ода:

1. Интенсификация конвективного теплообмена в высоковязких средах является весьма актуальной проблемой.

2. На данный момент проведенное экспериментальные исследования интенсификации теплообмена в условиях ламинарного режима течения с помолыэ дискретной шероховатости не позволяют обобщить результаты дагке по трансформаторному маслу, поскольку их объем пока недостаточен для этого. Следовательно, необходимо проведение исследований в широком диапазоне чисел Рейнольдса, геометрических размероа каналов и реологических свойств жидкости.

3. Известные по литературным источникам теоретические исследования ламинарных течений в интенсифицированных каналах не проводили анализа влияния свойств нелинейной вязко-упругости на тепловые и гидродинамические характеристики процесса теплообмена.

В то же время в литературных источниках приводится математический аппарат, который позволяет это сделать применительно к канала;.! с интенскфикаторами винтового типа.

Использование этого аппарата позволило разработать математическую модель процесса теплообмена при течении нелинейной вязко-упругой кидкости в трубах с винтовой накаткой.

Во второй главе представлена постановка задачи теоретического исследования процессов теплообмена при течении вязких и нелинейно вязко-упругих жидкостей в трубах с-винтовой накаткой. Предложен алгоритм и методы решения системы дифференциальных уравнений, описывающих процесс.

Исходная система уравнений включала в себя: ' I) уравнение энергии

ауЧ = •+• ср1?Ср> (1>

2) уравнение движения

рУЧ- Ф'ЛТ (2)

3) уравнение неразрывности:

При соответствующих условиях однозначности:

- начального условия по температуре:

*1т.а (4)

- граничных условий для температуры

а) граничное условие I рода г = (5)

б) граничное условие И рода (чЯ/ъп")^ (?) (б)

В ходе постановки задачи были приняты допущения:

1. Течение жидкости ламинарное, установившееся, со сформировавшимся профилем скорости на входе в трубу.

2. Силы тяжести незначительны.

3. Перенос тепла вдоль основного направления движения за счет теплопроводности мал по сравнении с вынужденным переносом в этом ко направлении.

4. Теплофизические характеристики среды в ходе процесса меняются незначительно.

5. Поскольку для исследуемых жидкостей число Прандтля I, то время гидродинамической релаксации много меньше тепловой.

6. Изменение составляющих вектора скорости в поперечных направлениях много больше изменения этих составлявших в направлении основного движения.

Для описания реологических свойств жидкости используется модель дифференциального типа. При этом тензор напряжений С в момент времени х представляется нелинейным симметричным фунцио-налом от истории деформации и разлагается' в ряд Тейлора в окрестности X. = 0 по кинематическим тензорам У -го порядка Уайта-Метцнера , которые является производными от тензора скоростей деформации.

Труба с винтовой накаткой относится к классу винтовых каналов, которые вне зависимости от формы поперечного сечения обладают однопараметрической группой винтовой симметрии. Поэтому в • ходе послойного решения задачи искомое поле скорости в пределах каждого слоя по длине трубы считалось независимым от координаты, направленной по оси симметрии канала. Использование данного свойства обеспечивалось введением винтовых координат, связанных с цилиндрическими координатами соотношениями:

о л , ч - ^А.*. (7)

Это позволило интерпретировать течение нелинейной бязко-упругой жидкости в канале с винтовой накаткой как кпазивискози-мстричноо (подкласса винтосих)« с точностью до членов второго порядка малости принять, что при W> 2. Л также прене-

бречь в В^ слагаемыми, содержащими поперечные составлявшие вектора скорости и исключить зависимость материальных функций Ц/ и ij от третьего инварианта, тензора скоростей деформации Ij .

Таким образом, тензор напряжений был принят в виде:

G- = - р2 + (8)

Сило получено выражение второго инварианта скоростей деформации и компонент тензоров градиента скорости, скоростей деформации, By и В^и тензора напряжения через контравариантные компоненты вектора скорости.

Особую сложность и интерес в решении постаолснной задачи представляет гидродинамическая часть проблемы. В связи с этим решение системы уравнений гидродинамики, включаюшей уравнения движения и неразрывности осушестплялись в двух формах:

1) в постановке с помощью переменных вихрь-функция тока и

2) в Галеркинском приближении.

В результате получены две системы уравнений:

1) система дифференциальных уравнений эллиптического типа относительно неизвестных: функции тока , третьих контравариант-ных компонент вектора скорости и вихря ;

2) система интегральных уравнений относительно контравари-антных компонент вектора скорости.

При этом уравнение неразрывности тождественно выполнялись, а составляющие градиента давления в поперечных основному течению направлениях были исключены.

Исходя из условия, что расход в калдаом сечении исследуемого канала неизменен, при послойном решении'задачи в пределах каждого слоя было показано, что осевую составляющую градиента давления можно считать const. При этом использовались известные соотношения, связывающие перепад давления, осевую компоненту Еектора скорости и расход:

Ц dSL, (9)

ё* J/r4fCvvr)-^7°j dSL. (I0) Ч SI 3

Вследствие нелинейного характера операторов, алгоритм задачи построен но итерационному принципу. Исследуемая область по длине канала разбивалась на слои. На кагдом слое поле температур искалось с помовью полученных значений гидродинамических характеристик с предыдущего слоя. Уравнение энергии при стом решалось с помоиью вариационного метода конечных элементов.

Затек производилось уточнение гидродинамических характеристик. В силу нелинейности уравнений гидродинамики удовлетворительное совпадение результатов достигалось проведением ряда "внутренних" итерационных процедур. По достижении необходимой степени Точности осуществлялся переход на следующий слой и процедура повторялась. На входе в канал гидродинамические характеристики были найдены с помошью начального распределения температур.

Решение уравнений гидродинамики в постановке с помоаью переменных вихрь-функция тока искалось вариационным методом конечных элементов, а в постановке Галерккнского приближения - конечно-элементным методом Галеркина.

Рассмотрена возможность преобразования разработанной математической модели к частным случаям - теплообмена при течении I) ньютоновской чисто вязкой жидкости и 2) псевдопластичной жидкости в исследуемых каналах .

В третьей главе приведет результаты теоретического исследования процесса теплообмена при течении нелинейной вязко-упругой жидкости в трубах с винтовой накаткой. Результаты расчета векторных величин конгравариаитных компонент вектора скорости и вихря преобразованы к физическим компонентам цилиндрической системы координат и приведены к безразмерному виду.

Расчетные эпюры представлены в двух сечениях - в радиальном и кольцевом сечении трубы с винтовой накаткой, имеюшей различные геометрические размеры.

Отмечено, что ошеры компонент вектора скорости "V/.,"Уу ,~Чр имеют несимметричную форму. Злира осевой составляющей в области расположения винтовой накатки в радиальном сечении канала приоб- , ретает более выпуклый характер. Максимального значения ~\г% достигает в точке, соответствующей центру трубы. Радиальная составлявшая и угловая составлявшая Уу вектора скорости достигают максимальных значений на некотором расстоянии от стенок канала, а затем их величина падает и в центре приобретает отрицательные значения, а "Уц становится равной нулю.

- О -

В кольцевом сечении канала эпюры ~fr и V^ на отрезке

= [0,5 т- I] имеют уклон к оси абсцисс, а эпюра Ту отклоняется напротив от оси абсцисс - в сторону больших значений. Кроме того, эпвры распределения "У}» и "Vy s областях непосредственно примыкаюших к выступу винтовой накатки имеют изгибы.

Эти эффекты объясняются проявлением нелинейных вязко-упругих свойств исследуемой жидкости, поскольку для псевдопластичных и ньютоновских пидкосгей аналогичных эффектов в кольцевом сечении канала не было отмечено.

Распределение компонент вектора скорости Т^, , непо-

средственно зависит от геометрических размеров винтового канала. Так, с ростом -высоты выступа и уменьшением пага винтовой накатки $ значение ( У; достигаемое в центре канала, смешается в сторону меньших значений.

Распределение температур при тепловых граничных условиях I и П рода также имеет ассиметричный характер в радиальном сечении канала. В области расположения выступа накатки изменение температуры в радиальных направлениях носит более ровный характер. Вследствие этого возрастает перепад темлератур непосредственно у стенок канала, что способствует росту температурного напора в пристенной области. С ростом высоты накатки и уменьшением ее шага эпюра распределения температур приобретает более пологий вид в области расположения выступа. Эта тенденция сохраняется по всей длине трубы.

В кольцевых сечениях канала эффектов, характерных для распределения компонент скорости не отмечено.

Влияние реологических свойств жидкости на тепловые и гидродинамические характеристики течения определялось сравнением результатов расчетов, произведенных для сред, имеющих одинаковые параметры Уу при 13 0. Было отмечено, что при наличии нелинейной вязко-упругости эпюра "Vjj имеет более выпуклый характер и более ровное распределение Ь в радиальном сечении канала. Эпюры Yf и У<£ в случае нелинейной вязко-упругой жидкости имеют наибольшее смешение макскмумомов CVr)^, и ("\Aj )rra, к стенкам канала. По абсолютной величине они превалируют над значениями, соответствующими ньютоновской и псевдопластичной средам.

Характер распределения температур указывает' на то, что температурный напор у стенок канала в случае течения нелинейной влэ-ко-упругой яидкости наибольший.

Распределение локального коэффициента теплоотдачи по длине трубы показало, что эффект интенсификации при течении нелинейной пязко-упругой жидкости значительно выше, чем при течении вязкой ньютоновской жидкости.

Псевдопластичная жидкость занимает промежуточное положение между ньютоновской и нелинейной вязко-упругой жидкостью.

Полученные распределения гидравлических потерь по длине трубы указывает на то, что в случае течения ньютоновской вязкой жидкости падение гидравлического сопротивления, обусловленное только снижением эффективной вязкости вследствие роста темпера-аур, происходит значительно слабее, чем для псевдопластичной и нелинейной бязко—упругой жидкостей. Однако в последнем случае падение гидравлического сопротивления происходит наиболее сильно, что объясняется проявлением реологических свойств жидкости.

Таким образом, исследование влияния реологических свойств жидкости на процесс теплообмена позволяет предположить лучшие теплогидродинамические характеристики метода интенсификации для случая течения нелинейно вязко-упругих жидкостей.

Анализ механизма возникновения эффекта интенсификации в трубах с винтовой накаткой проводился с помошью расчетного распределения вектора вихря между двумя выступами накатки.,Отмечен рост абсолютного значения вектора вихря непосредственно у выступа. Эго указывает на рост напряжений сдвига в этой области. Анализ распределения физических компонент вектора скорости и вихря показал, что интенсивные сдвиговые возмущения в пристенной области распространяются в направлениях перпендикулярных направлению основного течения.

С ростом шага накатки и уменьшением ее высоты интенсивность сдвиговых возмушений снижается, этому соответствует падение локального коэффициента теплоотдачи и гидравлического сопротивления. Однако, максимальная теплогидродинамическая эффективность была достигнута для трубы с максимальной высотой <? /1>0 - 0,72 и минимальным шагом У /£>0 = 0,72.

В четвертой главе представлены результаты экспериментального исследования гидродинамики и теплообмена изотермических и неизотермических течений ньютоновских и нелинейных вязко-упругих жидкостей п трубах с винтовой накаткой.

В задачу экспериментального исследования входило проведение опытов с нелинейной вязко-упругой жидкостью и с ньютоновской

- 1.0 -

чисто вязкой жидкостью (как частным случаем модели теоретического исследования), а также анализ эффективности данного метода интенсификации относительно гладких труб.

Опыты по определению усредненных коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления исследуемых жидкостей при изотермическом и н&изотермическом течении в трубах с винтовой накаткой определялись на экспериментальной установке, разработанной на базе Казанского филиала МЭИ.

В качестве объекта исследования были выбрани:

1) Трансформаторное масло - как ньютоновская вязкая жидкость.

2) Синтетический низкомолекулярный каучук (СКТН) марки Л, реологические свойства которого позволяют классифицировать как нелинейную вязко-упругую жидкость.

Рабочий элемент - сменная латунная труба, внутренним диаметром 14 мм, длиной 1000 мм. Геометрия винтовой накатки варьировалась в диапазоне: шага У /1> = 0,721-4,29; высоты с/ /Ь0 = 0,725-0,86.

Величинами, подлежащими определению в ходе эксперимента, являлись: коэффициент теплоотдачи «С. от поверхности трубы к потоку исследуемой жидкости, расход и гидравлическое сопротивление канала, а также соответствуюшие числа Рейнольдса и Нуссельта.

Теплофиэические характеристики реальной жидкости - СКТН(А) определялись проведением серий экспериментов на специальных измерительных приборах. Были получены функциональные зависимости теплопроводности и теплоемкости от температуры в пределах -Ь. = 204-Ю0°С. Отмечено, что изменение температуры слабо влияет на теплофиэические характеристики.

Реологические свойства СКТН(М исследовались с помошью ротационного вискозиметра ШРСП-03. При этом скорость сдвига менялась в диапазоне X = 1,5*10"^ 5- 1,5'10"\ для температур в пределах £ = 20*100°С. Функция эффективной вязкости ( ^) и функция разности нормальных напряжений 1$ ( У ) были определены в форме степенных зависимостей вида:

<$1 = с =»¿3 (II)

Температурная зависимость коэффициента ¡- =1.2) била вира-

жена в аррениусовском виде; в ^ ИР" ¡Г"— О.

В процессе проведения экспериментов по трансформаторному маслу значения чисел Рейнольдса менялись в диапазоне от 30 до

2000. Величина гидравлического сопротивления для гладкой трубы находилась в хорошем соответствии с известным соотношением

= 64/ . Отклонения от этой величины находились в пределах 3-5%. Экспериментальные данные, полученные для исследуемых труб с винтовой накаткой при изотермической режиме течения показывают заметное повышение гидравлического сопротивления. Отмечено, что его рост непосредственно зависит от геометрических характеристик канала. Максимальная величина увеличения гидравлического сопротивления достигалась при установке трубы, имеющей минимальный шаг винтовой, накатки и максимальную высоту: с! / Л0 = 0,72 и £ /£><, = 0,72 и снижалась с ростом шага винтовой накатки и уменьшением высоты.

Для всех испытываемых накатанных труб были выделены два режима течения, различающихся характером зависимости гидравлического сопротивления от числа Рейнольдса. При первом режиме до некоторого критического значения числа Рейнольдса Яс* линия графической зависимости гидравлического сопротивления от /?ё параллельна линии, полученной для гладкой трубы. Причем значение критического числа Рейнольдса Де*"непосредственно зависит от геометрии винтовой накатки. По достижении величины осуществляется переход к П-й области, характеризуемой значительным повышением коэффициента гидравлического сопротивления - режим течения с макровихрями.

Для Г режима отмечалось повышение гидравлического сопротивления на 30-200^ по отношению к гладкой трубе. Для области, соответствующей П-цу реииму этот показатель увеличивается до 350+60®. Аналогичный характер был отмечен и для зависимостей чисел Цуссель-та от . Здесь также отмечено 2 режима, различающихся характером и интенсивностью теплообмена.

Эффект интенсификации для I режима достигал 40-250% и 150— 700% для П режима.

Для определения критического числа Рейнольдса Яе перехода от режима I к режта<у П, в зависимости от конструктивных характеристик тепловых элементов, получена критериальная зависимость от относительного шага £ /Ъ0 и высоты /£><> винтовой накатки. Максимальный эффект интенсификации был достигнут для трубы с характеристиками: а' / 2>„ = 0,72 и $ /Т>6 ~ 0,72 и снижался с ростом шага и уменьшением высоты накатки.

Вследствие высоких значений эффективной вязкости СКПЦЛ)

область значений чисел ограничивалась величинами: = 10° 4- Ю+2.

На всем диапазоне значений чисел Рейнольдов течение происходило в чисто ламинарном режиме. В случае течения в гладкой трубе экспериментальная зависимость гидравлического сопротивления от Де такке находилось в хорошем соответствии с соотношением: = 64/ Яе. . Эффект повышения гидравлического сопротивления по отношению к гладкой трубе для рабочих элементов с различными геометрическими характеристиками достигал 20-100%.

Графики зависимостей числа Нуссельта от ./Л/ для накатанных труб имели отклонение от графика зависимости для гладкой трубы в сторону больших значений.

С ростом высоты и уменьшением шага винтовой накатки отклонение графиков происходило более резко. Эффект интенсификации теплообмена для различных труб достигал 30-250%.

Для определения оффекта интенсификации теплообмена в трубе с винтовой накаткой по отношению к гладкой трубе при равной мощности на прокачивание был введен параметр по аналогии с критерием 3 Берглса. В результате получено, что для всех тепловых элементов с винтовой накаткой, испытываемых в ходе эксперимента ^ * 1,0, ив случае течения трансформаторного масла, и и случае течения раствора СКТН(А'). Однако, для СКТН(А) отмечается рост с ростом числа , что объясняется проявлением реологических свойств жидкости, т.е. рост скоростей деформации с увеличением числа вызывает снижение эффективной вяакости потока в пристенной области и способствует усилении конвективного теплообмена. Это хороао согласуется с данными теоретического исследования.

К основным выводам по результатам настоящей диссертации можно отнести следующие:

I. На основе анализа литературных данных по основным конструкциям интенсификагоров конвективного теплообмена в виде дискретной шероховатости показана перспективность этого метода интенсификации в разработках нового высокоэффективного теплообмеиного оборудования.

Показана необходимость расширения области исследований ь широком диапазоне чисел Рейнольдса, геометрических размеров каналов и реологических свойств жидкости и рассмотрена возможность использования в этих целях математического аппарата.

3. Разработана математическая модель процесса теплообмена при течении нелинейно вязко-упругих сред в трубах с винтовой накаткой в двух формулировках: I) в Галеркинсксм приближении и

2) в форме вихрь-функция тока. Рассмотрена возможность использования полученной модели для ньютоновских и неньютоновских вязких сред.

4. Предложены алгоритмы и методы решения построенной математической модели на основе итерационного принципа.

5. Получены результаты теоретического исследования в форме: I) распределения компонент вектора скорости Уг, Уц, Т^ в трубе с винтовой накаткой; 2) распределения температур при тепловых граничных условиях I и П рода; 3) распределения локальных коэффициентов теплоотдачи »<. и гидравлического сопротивления •г,у°/г>£ по длине трубы. В качестве объекта исследования выбран синтетический низкомолекулярный каучук марки А (СКТН(Л)).

6. Проведен анализ влияния геометрических размеров винтовой накатки на основные тепловые и гидродинамические характеристики теплообмена.

7. Проанализировано влияние реологических свойств жидкости на тепловые и гидродинамические характеристики исследуемого процесса.

Для этого были проведены расчеты для сред, характеризуемых равными значениями эффективной вязкости У/ при —г 0: I) ньютоновской вязкой жидкости; 2) псевдопластичной жидкости; 3) нелинейной вязко-упругой жидкости.

8. Для анализа механизма возникновения эффекта интенсификации в трубах с винтовой накаткой получено распределение вектора вихря со в форме линий равных значений между выступами накатки и получено расчетное распределение компонент вектора вихря <*>г,

СОц, в поперечном сечении канала.

9. Анализ расчетных данных теоретического исследования показал, что наличие винтовой накатки вызывает существенное изменение распределения компонент вектора скорости вихря и температуры по сравнению с гладкой трубой. Теплогидродинамическая эффективность метода возрастает с ростом высоты винтовой накатки и уменьшением ее шагь. Отмечено, что наилучшие теплогидродинамические характеристики рассматриваемый метод интенсификации имеет для случая течения нелинейной вязко-упругой жидкости по сравнению с ньютоновским и псевдопластичным течением.

10. Для проверки адекватности математической модели реальным процессам проведено экспериментальное исследование. В качестве объектов исследования были использованы I) СКТН(А) и

2) трансформаторное масло - как частный случай применения разработанной модели.

Для течбния трансформаторного масла в трубах с винтовой накаткой отмечены 2 режима, характеризующихся различным,уровнем роста коэффициента теплоотдачи и гидравлического сопротивления: режим I - чисто ламинарный; режим 2 - ламинарный режим с макровихрями. Течение СКТН(А) происходило в чисто ламинарном режиме на всем диапазоне чисел Рейнольдса.

11. Отмечено, что в условиях ламинарного режима течения результаты теоретического и экспериментального исследования имеют удовлетворительное совпадение. Расхождение значений не превышало !± 25%. -

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

6"- тензор напряжения; Р - давление; I - единичный тензор; и ~ материальные функции; Вл (п. = ✓, // ) - кинематический тензор Уайта-Метцнера jf -ного порядка; - второй и третий инварианты тензора скорости деформации; -2>о - внутренний диаметр трубы; £ - шаг винтовой накатки; d = Ъ -<2hs , где hg - высота винтовой накатки; Рг - число Прандтля; г" , <5 , 2f - цилиндрическая система координат; У}» , "Vy , ~Vx -физические компоненты вектора скорости в цилиндрической системе координат', <f/, у?, <}? - винтовая система координат; Т " = { = <? fXg - скорость деформации.

Основные результаты диссертационной работы изложены в публикациях:

1. Конахина И.А. Методика проведения экспериментальных исследований процесса интенсификации теплообмена при стационарном течении жидкости в трубах с винтовой накаткой. Тез.докл.Республиканской научно-технической конференции "Повышение эффективности энергоснабжения промыпленных предприятий", Казань 1990,

с.44-45. ' ................• ■

2. Конахина H.A. Математическая модель процесса теплообмена-при стационарном течении нелинейной вязко-упругой жидкости в трубах с винтовой накаткой//Труды МЭИ "Интенсификация процессов теп-

ломассообмена в энергетических и технологических установках'.', выпуск 644 - Москва, Издательство МЭИ, 1991 - с.35-44.

3. 7ПоЛЬгта±;со£. mocfeit;^ ала/ etperimentoe /nJejt/ -

nor- f£our Of д>:сои£ ftultf /п tuSes if St/, JcretJ roC -

ting- J G.TJctXsneeS.l A.tTortiJbfi/ra // Prvc. cf F/fist Meat

Transfer- Cosifere/ict, QrleSorg t Sxiet/ъл, ес-ге /fugcrft,

4. Назмееп Ю.Г., Конахина И.А. Расчет профиля скорости при течении нелинейной вязкоупругой жидкости в каналах с винтовой накаткой, И'Ж, т.62, Ь 3, 1992, с.373-379.

5. Назмееп Ю.Г., Конахина И.А., Б.Доневски, М.Р.Ду Плесеис. Теплообмен при течении нелинейной вязкоупругой жидкости в трубах с винтовой накаткой.//Тепломассообмеп - ММФ - 92. Тепломассообмен а реологических системах, 16. - Минск: АЛК "ИМТО им. А.В.Лыкова", АНБ, 1992 - с.7-11.

6. ¡0. Г.Назмсев, И. А.Конахина. Исследование процесса интенсификации теплообмена при ламинарном течении нелинейной вязко-упругой жидкости в трубах с винтовой накаткой. Тез.докл.Юбилейной научной конференции Казанского филиала Московского энергетического института, посвяшенная 25-летюо КФ МЭИ, Казань, 1993,

с. 13-14.

Соискатель

Конахина И.А.

Заказ № 66

Тираж 80 экз.

Офсетная лаборатория Казанского Государственного Технологического Университета 420015, Казань, К.Маркса, 6U.