автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Интенсификация и исследование закономерностей теплообмена и сопротивления в пластинчатых, трубчатых и трубчато-пластинчатых поверхностях нагрева, реализующих эффект знакопеременного градиента давления, применительно к воздухоохладителям турбокомпрессоров малооборотных судовых дизелей

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

;; з од

- 5 ДПР 1993

На правах рукописи УДК 532.536

СОРОКА Олег Владимирович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ТЕПЛООБМЕНА И СОПРОТИВЛЕНИЯ В ПЛАСТИНЧАТЫХ, ТРУБЧАТЫХ И ТРУБЧАТО-ПЛАСТИНЧАТЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ НАГРЕВА, РЕАЛИЗУЮЩИХ ЭФФЕКТ ЗНАКОПЕРЕМЕННОГО ГРАДИЕНТА ДАВЛЕНИЯ, ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЯМ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ МАЛООБОРОТНЫХ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Специальность 05. 14. 05.—теоретические основы теплотехники

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург—1993

Диссертационная работа выполнена в Брянском институте транспортного машиностроения.

Научный руководитель: заслуженный деятель науки

и техники РФ, доктор технических наук,

профессор БУГЛАЕВ В. Т.

Научный консультант: кандидат технических наук,

доцент ВАСИЛЬЕВ Ф. В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор КИТАНИН Э.Л., кандидат технических наук, старший научный сотрудник МАРР Ю. Н.

Ведущая организация: Производственное объединение

Брянский машиностроительный завод.

Защита состоится ¿ё^^и^г*? 1993 г. часов

на заседании специализированного совета К 063.38.23 в Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, Учебный корпус, аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГТУ.

Автореферат разослан " ¿^¿ррУ^^ г>

Ученый секретарь Специализированного совета, доктор техн. наук, профессор

А. С. Ласкин

О ШЛЯ ХШКТЗКСТССА РАБОТЫ

Актуальность таботы. Перспектива развития народного хозяйства страны связаны с дальнейшим ростом энерговооруженности различных отраслей дромышшнооти. Такое полоаение сопровождается значительным ростом количественных'и совершенствованием качественных показателей энергетических машин и вспомогательного оборудования.

Непрерывное увеличение единичных мощностей энергетических установок требует улучшения эффективности поверхностей теплообмена и совершенствования конструкций теплообменник аппаратов.

При совершенствовании разнообразных теплоэнергетических установок необходимо изучение локальных и средних характеристик теплообмена в сложных каналах их элементов, для интенсификации протекающих в них-тетш>- "в массообыенннх процессов.

3 практике к настоящему времени проведет эксперименталь -ныа работы пэ изысканию эффективных форм поверхностей и различным способам интенсификации конвективного теплообмена. Для тур-булззации потока'применяются различные'решетки, планка, разрезные и гофрированные ребра, спиральные а винтовые вставки. Во всех случаях количественные характеристики по съезд тепла и но затратам мощности на сопротивление' получаются существенно различные, а их определение требует проведения в каздогл конкретном случав специального экспериментального исследования. "

•Актуальная проблема повышения эффективности работы тепло -обменных аппаратов различного назначения может быть решена путем интенсификации процесса теплообмена. Традиционно для этого используются различные конструкции-каналов, усложняющие профиль хашюпередзидих поверхностей. Получила широкое использование в практика криволинейные и ди^узорно-конфузораыэ каналы с попе -речным п продольным знакопеременным градиентом давления, обеспе-зпзающиа турбудизчцим потока теплоносителя и связанную с этим •:нтенсифвкацпт теплообмена и, как правило, незначительный рост гидравлического сопротивления. Указанный круг вопросов требует салт>ие2®ГА исследовании, а таке анализа разрозненных литературных данных.

Цель :; задат? работы. Цзлъ настоящей работы оостоит в экс-1эркаснтальнои исследовании способов интенсификации теплообмена I пластгкчагкх, трубчатых п трубчато-пластпнчатых поверхностях агоеза, состоящих из извилистых и дищ&зсрно-конфузорнах кана-

■ лоз с продольны:« и попарвчюшградиентами давления.

Для достижения поставленной цели экспериментально решались

■ слегдавде задачи:

- наследовались локальные характеристики трения и таплоот-дачп в плоских диф$узорно-кон$узорных каналах с безотрданым и отрывши режимам;; те чэняя; проводился анализ природы физических явлений а влияние на процессы переноса знакопер>еменного градиента давления;

- рассматривались способы дополнительной интенсификации теплоотдачи в пластинчатых диффузорно-конфузорных поверхностях и исследовалась закономерности изменения теплоотдачи и сопротивления в условиях знакопеременного градиента давления; '

- исследовались сопротивление к теплоотдача при продольном турбулентном обтекании пахиатных пучков диффузорно-кон^узорных . труб;

- проводились экспериментальные исследования теплоотдачи а сопротивления гладкотрубных поверхностей теплообмена, орабренных общими (коллективными) пластинами с целью получения расчетно -критериальных зависимостей;

- изучались способы интенсификации теплоотдачи в трубчатых-поверхностях, оребренных общими пластиками с различными' типами межреберных каналов;

- проводились работы по внедрению результатов исследований на натурных объектах; подучены рекомендация по использовании данных работы при проектировании и модернизации теплообменник аппаратов различного назначения. - • .

Научная-новизна работы. Впервые получен, проанализирован и обобщен обдирный опытный материал по закономерностям- изменения локальных характеристик трения а теплоотдачи в плоских диффузор-' но-хонфузорнкх каналах с безотрывным в отрывным течениями несжимаемого потока в широком диапазоне изменения режимных параметров. Предложены и исследованы способы интенсификации теплоотдачи в плоских, трубчатых и трубчато-пластинчатых' поверхностях нагрева;, опытные данные обобщены в виде критериально-параметрических зависимостей. Проведаны работы и получены положительные результаты по внедрению материалов -исследований в практик? производства.

Достоверность полученных результатов, положений и выводов обеспечивается отработкой методики эксперимента, использованием современной системы сбора и обработки информации на основе сов- • ременной -высокоточной аппаратур!, снижением погрешности. измере-

, а также достаточным уровнем согласования при сопоставлении огненных результатов исследований 6 иззестннш литературным;! нш. . ■

Практическая ценность. Предлсненн и исследованы некоторые собы дополнительной интенсификации теплообмена в извилистых и 1узорно-1:он'|уэоркых ¡»налах тешюобменных аппаратов. Система-крованы экспериментальные данные по теплогидродинашческим ха-теристикаы плоских, трубчатых и трубчато-пластинчатых поверх-тей нагрева с интенсификацией теплоотдачи, которые рекоыевдо-ы к использовании в теплоэнергетических установках различного начення. Полученные экспериментальные данные л эмпирические замости нашли практическое применение при проектировании и мо-низации воздухоохладителей различных типоразмеров турбокомпрео-_ ов мощных судовых дизелей, выпускаемых ПО Брянский машиностро-льный завод. Исследован новый" воздухоохладитель для дизеля 3 60/195-10, который.успешно эксплуатируется в течение трех ледних лег. ;

Личный вклад автора заключается в' непосредственной разработ-програкыы экспериментального исследования, создании схемы из-ений, изготовлении экспериментальной установка и моделей теило-ешгаков, проведении-всего комплекса пуско-наладочных работ,из-ениях, обработке и-анализе экспериментальных данных, получении бщаицих зависимостей. ' ■

.Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на годных научно-технических конференциях БОТЫ з 2988-92 г.г.; УИ Всесоюзной школе^сешпаре "Современные проблемы газодинамики епломассообкена и пути повышения эффективности энергетических ановйк", г.Москва, 1391г.; на'научно-технических конференциях лодке ученые развитии агропрошшленного'комплекса области", рянск, 1588-89 г.г.; на научном семинаре кафедры ЮТ СПбГТУ, анкт-ГТетербург, 1992 г.

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы, в 7 атннх работах, получено авторское свидетельство на предмет ис-цований.

Оттуктуаа к объем-работы. Диссертационная работа состоит из денкя, четырех глав, выводов', списка литературы из 112 найме -аинЁ и содержит 161 страниц ма'липошюного текста, 57 иллюстра-, 9 таблиц'и приложения.

СОДЕЕШИЕ РАБОТЫ ...

Во введении обоснована актуальность, теш диссертации, сформулированы основные цели намеченных экспериментальных исследований.

В первой главе приведен обзор существующих методик оценки энергетической эффективности различных тешюобыенных поверхнос -тей, проанализирована тешюгидрадинашческая эффективность изве-зтных способов организации течения в сложных каналах тзплообмен-кых аппаратов. Рассмотрены различные нетрадиционные способы компоновки пластинчатых, трубчатых и трубчаточшастанчатых поверхностей нагрева, связанные с воздействием на поле течения и турбулентную структуру потоков продольного и поперечного знакопеременных градиентов давления.

В результате обзора литературы и анализа тешюгидродинаш -ческой эффективности различных поверхностей теплообмена сделаны зыводы:

- известные- результаты исследований теплоотдачи и гидравлического сопротЕЗДШ223£ в пластинчатых диффузорно'-конфузорных 'поверхностях тешшобаеаа были посвящены лизь средним характеристикам процесса» Дашшх по распределениям локальных коэффициентов трения'и теплоотдачи не обнаругено;

- Емевтся очевидные способы изменения геометрии плаотинча тых поверхностей, позволяющих-дополнительно. интенсифицировать теплообмен, при' умеренном росте гидравлического сопротивления;

- в анализируемой литературе не обнаружено данных по. сопро-' тивлеыив и теплоотдаче при продольном обтекании пучков волнистых

труб с цельв. интенсификации теплообмена;

- до настоящего, времени исследовались, как правило, труфча-то-пластинчатые поверхности-теплообмена с незначительным числом рядов труб (1...4 ряда) по ходу потока при малых значениях чисел

йе

- весьма ограничен объем данных по сопротивлению трубчато-пластянчатых :поэ8рйюо4е2 теплообмена, которые в значительной мере используютой длй теплообменников энергетических машин и установок;

- интенсификация теплообмена в поверхностях с коллективным пластинчаты;,: оребрекяем экспериментально изучалась в ограниченном диапазоне факторов посредством применения гофрированного оребрзния» создающего только один тип извилистых межреберных ка-

OB.

Во второй глава даяо описание базовой экспериментальной ус-1 овки, моделей теплообменников, методик измерений и обработка тных данных, а такие проведена оценка погрешности эксперимен-

Базовая экспериментальная установка предназначена для иссле-ания сопротивления и теплоотдачи в трубчатых, пластинчатых и бчато-пластинчатнх поверхностях различного назначения. Она счала воздуходувные средства необходимой мощности, мерный и аарпыанталышЗ участки, которые представляла собой асследуе-поверхностп теплообмена, а такте набор средств кзмэрзкиЯ а таков. ' - •

В процессе исследований конкретных теплообменников преду-срввались некоторые модификации экспериментальной установки.

Были, исследованы тэплогидродвнамичвснаа характеристики трех )в поверхностей нагрева: дифйгзорпо-аопфузорных пластинчатых, Зчато-пластзнчатцх с коллективным оребрением з аахматкые пуч-'руб типа "диф^узор-конфззор". (pr.c.I)

В опытах'по локальным характеристикам исследовался плоский ютричный дифаузорно-конфуз орныЗ канал с одинаковыми длинами ■лей дэд^узор зли кон$узор Ц =. 30'мм, утлой раскрытия j3 = I0,- а средние- расстояния меаду пдаотинаай изменялись и приня-юь равными соответственно а= 4,0; 6,0; 12,0; 22,6 мл. [0 Рейнольдса в. этих исследованиях изменялось в диапазоне ■ (0,1...5,0) .I04.

В процессе исследований пластинчатых поверхностей с допол -льной интенсификацией теплоотдачи за базовый для сравнения принят один из оптимальных вариантов поверхности теплообмена анным Гухмана А.А. и др. (рис.1а), который характеризуется <м раскрытия ди^-рузоркого участка ft =.12°, соотношением длин узорного и коншузорного участковb[Z = 2/1 (6=40, С - 20мм), той h.- 150 а шириной канала (Х= 47,7 ш. Форта кромок рных пластин на границе перехода диф^узорного канала в кон-рный была скругленной. Рассматривались два варианта каналов:' редующишся гладкими и волнистыми участками (п/к= 0...2D) пополнительным углом диф}узорности или конфузорности волнис-пластины ( f = -1,0.;.3,0°).

Для трубчато-пластинчатых поверхностей опытными участками ала оыензне теплообменники с.наружным обтеканием орабрения ухом л внутритрубным течением охлаждающей воды (рис.16).

г ■ ' ' 1

Были исследованы варианты поверхностей теплообмена типа: ■А -- о гладкими пластинами, 3-е извилистыми каналами, С - с гофрированным пластинчатым оребранивы, образующим несимметричные а Д - симметричные диф^у зорно-конфу зорные каналы вдоль потока теплоносителя. .Относительные шага компоновки труб а пластин орэб -рения изменялись соответственно в пределах: ^ = 2,0;.. 3,0 и = 0,2...0,3. '

, Трубчатые поверхности исследовались двух типов:'с симмет-. ричным расположением труб в пучке и со смешением соседних труб на длину модуля, при этом .пучок обтекался всегда продольно. Бы--ли исследованы 12 пучков (4 гладкотрубных и 8 гофрированных) с относительными шагами = 1,Н4; .1,22; 1,432 и 1,64. (рис.Хв).

Третья глава содержит результаты экспериментального исследования локальных, и средних характеристик трения й теплоотдачи, а также интенсификации теплообмена в'пластинчатых и трубчатых диф|узорно-кон$узорных каналах.

Продольный или пространственный знакопеременные градиенты , давления в поверхностях-нагрева всех типов, как .правило, приводят к интенсификации процессов переноса и, в частности,теплооб--мена. В безотрывных каналах это связано, с одной стороны с генерацией турбулентности в диффузорных участках поверхности, а с другой - с возрастанием скорости течения теплоносителя в кон-фузорных участках. В течениях с отрывом потока интенсифицирует' * теплообмен также вихревые зоны,, вызывающие-перемешивание .теплоносителя.

Па рис.2 показано типичное распределение ¿р "при ширине канала- й= 4,0 'ш и двух значениях числа Кв . Показан наиболее практически важный случай течения с отрывом потока.■

Анализ' распределения Ар в каналах с безотрывным и' отрьгвныы режимами течения дал следующие результата. При относительно большой ширине канала ( 0. = 6,0; 12,0; 22,6 ш), когда имеет место только продольный градиент давления и безотрывное течение, на'" всех пяти циклах "диф^узор-конфузор" наблюдается несколько деформированное, распределение коэффициента давления, который к тому ке перераспределяется от-цикла к циклу.'При этом значения Ар по ходу потока возрастают, что связано с гидравлическим сопротивлением каналов. С увеличением числа Райнольдса абсолютные значения ¿р 'снижаются.

Несколько другая ситуация паблэдается при отрывком режиме течения в ди^узоркс-ксг^узорных каналах (рпо.2,3; й= 4,С »:.;).

Видно; что на всех трех циклах "диффузор-кснфузор" практически сразу за входом в диффузорнып участок пограничный слой отрывается от стенки и образуется вихревая зона, которая распространяется вдоль потока.Присоединение пограничного слоя происходит только в области половины кокфузорного участка..

На рис.3 показан пример распределения местного коэффициен-. та трения по длине канала с отрывом, соответствующего данным рис.2.'Наблюдается, что в диффузоряоы канале коэффициент трения снижается, достигает минимума в зоне перехода в конфузор и интенсивно возрастает в конфузорной части канала, что вполне объяснимо физически.

Соответствующие представленным на рис.3. данным по коэффициенту трения распределения локального числа Отантона показаны на рис.4. Видно, что число Сгантона возрастает в диффузорной области, но и продолжает увеличиваться,примерно на 20 % длины конфузорного участка, где достигается лакспмум, а затем, в' основном, только снижается до значений входа в последующий диффузор. ' .

Анализ данных по всем исследованным каналам показал, что абсолютные значэнияЙснижаются с возрастанием'числа ' при а * 22,6; 12,0 и 6,0 мм,.которым соответствует безотрывное течение и сохраняют практически одни и теяе значения при отрывном режиме течения в канале с 4,0 мм.

Полученные данные по распределению локальных характеристик трения и теплоотдачи использовались для экспериментальной проверки теоретического обоснования эффекта интенсификации теплообмена в диффузоряых и конфузорных течениях по В.К.Мигаю.

Такие'результаты обрабатывались в виде изменения коэффициента аналогии Рейнольдса по длше канала и различных регимкых условиях (рис.5). Из рис.5 для а= 4,0 мы и данных по каналам другой геометрии получено, что на диффузорном и части конфузорного участков коэффициент аналогии Рейнольдоа возрастает, а затем снинается. ¡Даксимум распределения ПРЙ уменьшении ширины канала смеиается к границе перехода участков и при а~ = 4,0 мм достигает ее. ^ возрастанием числа Рейнольдза значения ■ коэффициента^/^ снижаются в безотрывных каналах и не зависят от него в канале о отрывом потока.

При значительной ширине канала ( а= 12,0; 22,6 мм течение безотрывное) на большей части входа и выхода цикла коэффициент аналогии Рейнольдса меньше единицы. Исключение составляет' лишь

йэлая центральная часть. I) противном случае незначительной шири ли канала (а= 4,0; 6,0 и>:, течение(соотзетственно с развитым отрывом с предотрыЕное) этой центральной части, где i^¡t|Qt>i7 . соответствует уяо 50-50? длины цикла "дпфй?зор-конфузор"..

«1з ^сведенного анализа следует, что для интенсификации те) л^оидЫ! необходим использовать диффузорно-конфузорные каналы реалпзуидае рекам течения с отрывом пограничного слоя, при этом со снижением числа Реинольдса эффект интенсификации теплоотдачи возрастает. , '

. На следующем этапе исследований были изучены некоторые способы интенсификации теплоотдачи в пластинчатых поверхностях с чередованием гладких и волнистых участков и с дополнительной ди(] фузоркостью или конфузоркостью взаимного расположения пластин (рис.1а). ■ '

Отметим, что во всех случаях данные по сопротивлению и ере; ней теплоотдаче подчинялись стеленной зависимости от числа Рей-нольдса, поэтому они обрабатывались в зависимости' от параметра характеризующего геометрию каналов в кавдом конкретном случав,пс сравнению со сплошным волнистым каналом, для которого О

ш |=0°.

В ходе эксперимента получено, что сопротивление всех исследованных каналов значительно ниже, чей для базового сплошного волнистого канала. Так, например, относительный коэффициент -сопротивления канала = 5,2 составляет = 0,82'для всех значений числа Рейнольдса. В диапазоне изменения = 5...13,3 большим значениям числа Рейнольдса соответствуют и большие коэф^ фициенгы сопротивления , а.на участке = 13,3 ...20,- •

наоборот, - ыеныше значения .

Анализ изменения относительного числа Еуссельта Ма/в зависимости от относительной длины "Ук показывает, что для всех исследованных вариантов геометрии каналов, .большим значениям чисел ЙВ. соответствуют и более высокие соотношения Ки/^Цо , хотя в целом, как следовало ожидать, теплоотдача поверхностей теплообмена с чередующимися гладкими £ волнистыми участками ниже интенсивности теплоотдачи сплошной волнистой поверхности.

Характер изменения экспериментальных зависимостей в каналах с дополнительной диффузорностью или конфузорностью показал, что сопротивдени е каналов как с отрицательными, так и положительным у глада: раскрытая всегда значительно нихе, чем для канала с параллельными сувнкаии. Так, например, относительный коэффяциент соп-

а • . !

ротпвленияканала с у = Ю' составляет 0,8. Пра дальнейшем увеличении угла у сопротивление несколько возрастает, а затем снова уменьшается до начального значения. При отрицательных углах раскрытия, т.е. при наличии дополнительной конфузоркости, наблюдаются еще меньшие значения коэффициента сопротивления.

Анализ изменения относительного коэффициента теплоотдачи в зависимости от yrjiaj» при фиксированных значениях скорости или числа«Рейнольдса на входе в канал показал, что увеличивающейся скорости-соответствуют и более высокие значения oi^ote , однако по величине меньшие единицы.

Интенсификация теплоотдачи в трубчатых теплообменниках различного назначения остается по-прежнему актуальной прикладной задачей теории тепломассообмена и связана, как правило, с изменением профиля стенок поверхности нагрева, т.е. с нанесением на них турбулвзаторов различной геометрии.Нанесение турбулизаторов на внутренние стенки труб, как правило, приводит к неизбежной. ■ деформации и внешней стенки.Естественно возникает необходимость оценки степени интенсификации теплообмена на этой стенке при продольном обтекании трубных пучков.

Наибольший интерес представляют каналы- типа"дяффу зор-конфу-зор", трубы о.кольцевыми выступами, спирально и ■овальновитые . трубы и изогнутые каналы. Сравнительная тацлогидродинамическая' эффективность этих поверхностей теплообмена, а также пучков про- -дольно обтекаемых овальных и даффузорно-хояфузорных труб по наши и литературным данным, показана на рис.6 .по методике . В.Х.Шгая.

. Наилучшими показателями обладают диффузорно^онфузоркые каналы при-внутреннем течения <кривая 2, И= 1,6) и пучки подобных,труб без смещения (кривая 6, SJd = 1,432, И = 1,5) и со взаимным смещение:,: (кривая 7,S/d. = 1,114, Ц = 1,46). Трубы с • кольцевой накаткой когут конкурировать с каналами типа "диффу-зор-конфузор" лишь при малых, числах Рейнольдса ( кривая I,

К = 1,3,..1,5), напротив,при высоких числах они значительно уступают им. Другие варианты поверхностей теплообмена являются заведомо неперспективными и могут использоваться лишь при значительных технико-экономических преимуществах в технологии изготовления.

Б четвертой главе представлены результаты, анализ и обоб-' цени е экспериментальных данных по средней теплоотдаче и сопротивлению трубчатых поверхностей с коллективным гладким и гоф-

Жированным пластинчатым оребрекаем.

Ка первом этапа исследовались поверхности с гладким оребр нвем, а полученные экспериментальные данные обрабатывались обобщались в комплексе сг данными Кэйса, Лондона, Буркова и д

Данные как по сопротивлению, так и по теплоотдаче во вс случаях обрабатывались в степенной форме:

= ' (I)

. Кц=ййет'. (2)

Принципиально обобщение полученных экспериментальных данн по сопротивлению и теплоотдаче по формулам (I 2) возможно в де аппроксимации величин С,п.,Яи пг в зависимости от относ тельных шагов Зт и. 5р • Графические зависимости этих велич и непосредственные расчетные уравнения приводятся в работе.

На следующем этапе исследований решалась задача изучения тенсвфикации теплообмена в трубчатых.поверхностях, оребренных щими пластинами. Было проведено экспериментальное исследование типоразмеров гофрированных поверхностей теплообмена разной гес метрии, а полученные данные сравнивались с соответствующим м кими каналами. Для всех поверхностей использовался один'вид'гс ркрованных пластин толщиной.0,3 мм, с длиной гофра Ю мм и угл раскрытия даффузорной части Н°20' . Были изготовлены по. три I верхности теплообмена типа В, С и Д (см.рис. 16).

. В данном случае результаты измерений по сопротивлению • е теплоотдаче подчинялись зависимостям (1)л(2) . Поэтому на рис в качестве типичного примера все экспериментальные данные- ирг йе = 3000 обработаны в относительных координатах Нш^ЯИо^с и ^/ч^в по стандартной методике, дающей наглядное представлеь об интенсификации теплообмена и сопутствующем возрастании сощ •гавлекия.

Экспериментально установлено, что в пределах точности в 10...20 % все исследованные поверхности'имеют приблизительно с наковую интенсивность теплоотдачи в диапазоне изменения аага

в 0,28-', .0.48. При этом поверхности типа В и С дри-соотве1: ствуидих шагах ¡ар также близки и, по сопротивлению, которое ¡е по абсолютному значению, а поверхность типа Д - наоборот, тве значительно большее сопротивление, что позволяет, отнести ее неперспективным. Установлено, что максимальной интенсивностью теплоотдачи при минимальном возрастании сопротивления облдцш поверхности теплообмена типа С о несимметричным диффу зорно-ко! фузорннм орвбрением. -

В работе приводятся также данные теплотехнических испытаний натурного воздухоохладителя судового дизеля ДКШ 60/195-10, мощностью 10 тыс,кВт., давших положительные технико-экономические результаты. Данный дизель с модернизированным воздухоохладителем надежно эксплуатируется в.течение нескольких лет.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Нз основе анализа выполненных исследований локальных и средних характеристик трения' и теплообмена в пластинчатых, трубчатых и трубчато-пластинчатых поверхностях нагрева с интенсифи - . нацией теплоотдачи сделаны выводы:

1. 'Проведен комплекс исследований теплоотдача и гидравличео-кого сопротивления, а также анализ энергетической эффективности при течении газовых теплоносителей в пластинчатых, трубчатых и трубчато-пластинчатых поверхностях нагрева, реализующих эффект ' продольного знакопеременного градиента давления с целью интенсификации теплообмена. Эксперимент выполнен в широком диапазоне изменения режимных и геометрических характеристик.

2. Экспериментально исследованы локальные характеристики трения и. теплоотдачи в плоских диффугорно-кокфузорных -каналах с безотрывными и отрывным, режимами течения. Показано, что физической причиной интенсификации теплообмена в каналах переменного сечения являются генерация крупномасштабных турбулентных вихрей на диффузорных участках и возрастание скорости потока на конфу-зоршвс участках. Обнаружен отрыв пограничного слоя, обусловленный наличием положительного градиента давления, в зоне перехода от диффузорных к конфузорным утасткам с большой.кривизной стенок,

3. Применение плоских диффузорно-конфузорных каналов с чередующимися волнистыми и гладкими участками позволяет существенно снижать (на 20...50?) гидравлическое сопротивление с интенсификацией теплообмена (на 10...15?).

4. Показано, что дополнительная диффузорность или конфузоркость плоских диффузорно-яонфузорных поверхностей нагрева приводит к повышению интенсивности теплообмена на 10...20'% для углов раскрытия (сужения) ^ = 0,5...-0,5°, а также к снижению гидравлического сопротивления до 40 % в диапазоне изменения у г- • лов.' у = -1,1)...3,0°.

Изученные мероприятия позволили увеличить общую теплогвд-родинамическую эффективность поверхностей о дополнительной двф-фузорностью или конфузорностыо по сравнению о гладкими каналами

болео чем в 2 раза. _

5. Впервые проведено экспериментальное исследование -тапло-гадродикамическах характеристик продольных шахматных пучков с ■ дг^фузэрно-конфузоршшз' трубами и сравнение их эффективности с Аанаыга прп ннутритрубном течении и внешнем обтекании перспек-

профильных витых, овально-витых труб и труб с кольцевое накаткой. Показано, что коэффициент теплогидродинамлческой эффективности дяффузорно-козфузорных пучков значительно выше в ■сравнении с другими исследованными типами каналов.

6. Получаны критериально-параметрические зависимости для расчета средней теплоотдачи и сопротивления в трубчатых поверхностях нагрева с коллективным гладким пластинчатым оребрением, которые рекомендуются для практического использования.Апробиро-ван способ интенсификации теплообмена в этих поверхностях,подученный профилированием пластинчатого оребрения с образованием извилистых, несимметричных и симметричных продольных диффузор-но-конфузоряых каналов с дополнительными турбулизаторами - трубками, пронизывающими пластины. Выявлено, что теплогидродинавд-ческие характеристики для поверхностей с несимметричными межреберными: даффузорно-конфузорными каналами на 20...502 выше по сравнению с гладкоребрисгыми поверхностями при одинаковой мощности на прокачку теплоносителя.

7. Проведено внедрение результатов-исследований при модернизации .воздухоохладителя ыалооборотного судового'дизеля ДКШ 60Д95-10, которое позволило повысить эффективность натурного теплообменника в самого дизеля. •'

Основные результаты диссертации опубликованы в. работах:■

1. Василев Ф.В., Сорока О.В. Исследование методов дополни-' тельной интенсификации теплоотдачи от пластинчатых двффузорно--конфузорных поверхностей теплообмена.// Скопись депонирована ДШИЕТЗйтявмаш № 3 С 221), 1990, с. 102.

2. Василев Ф.В., Буглаев В.Т., Сорока О.В. Сопротивление трубчато-пластинчатых поверхностей теплообмена с коллективным оребрением.// Изв. вузов, машиностроение» 1990, & 4, с. 58-63. '

3. Василев Ф.В., Буглаев В.Т., Сорока О.В. Исследование методов интенсификации, теплоотдачи трубчато-^ьдастинчатых поверхностей теплообмена с коллективны» гофрированным оребрением.// рукопись депонирована ДННИИТЕИтяждап * 3 (233), 1991, с. 86.

4. Буглаев В.Т., Василев 4.В., Сорока О.В. Теплоотдача трубчато-цдаездшчатых поверхностей теплообмена с коллективным

оребрвшем.// Теплоэнергетика, 1992, & 3, о. 64-67. .

5, (Зтребков А..С., Сорока О.Б. Теплоотдача 0 сопротивление -трубчато-пластинчатых поверхностей с гофрироважшм оребрежзем. // Современные проблемы газодинамика и тепломассообмена и пути повышения эффективности энергетических устаяовов; Тез.докл. УД

■ Всесоюзной школы-сешзнара. Ш.: Изд-во МГТУ, 1991г., с. I24-I2S.

6. A.C. 17X0974 СССР, ЖИ3 F23J 9/02. Пакет трубчато-плас-тинчат?ого теплообменника / ».В.Василев, З.Т.Буглаев, О.Е.Сорока (СССР).-'Л 4757770/06; Заявл. 09.11.89, Опубл. 07.02.92, Бил.

JS 5.- 2с. .

' и двух других работах.

Основные обозначения: а-ширина канала, м; d- диаметр,ы; . т- длина гладкого участка.м; к- высота гофра, м,- <}- шаг труб в пучке, ы; ST = JrJcl- относительный шаг труб; Jp = SfjoL -

- относительный шаг оребрения; Cf ~ коэффициент трения; vi -

- скорость,£.5 о£ - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2.Х); ß - угол раскрытия диффузора, град; угол дополнительной даффузоркости, град; £ - эффективность поверхности теплообмена; коэф -фициент сопротивления; Re - число Рейнольдса; Nu. - число Нуссельта;. ~ число Стантона; ¿St/Cf - коэффициент аналогии Рейнольдса;. , Ap=2(Pftmft- ?)/, _ коэффициент давления;

И = коэффициент теплогидродинамической эф-

фективности.

Исследованные поверхности теплообмена и модели теплообменников

О.) - пластинчатая, 8)- трубчато-пластинчатая и - трубчатая поверхности теплообмена

Рис. I

Распределение коэффициента давления по длине ■ .

экспериментального канала ( й = 4,0 мм, А = 10")

[¡\ _

V

« и 4? 1 V и Пяй

П- номер модуля "диффузор" или "кон^узор" . Рис. 2

Распределение коэффициента трения по длине канала с а= 4,0 мч в пределах трех циклов "диффузор-конфузор"

о О 5* ¡5 « Й Й й—й—¡1—I

I - 1-й цикл; 2 - 2-Й цикл; 3 - 3-й цикл "диффуэор-конфузор"

. Рис.- 3

Изменение чиста Станто'на с й= 4,0 чч и • Й= Ю° в пределах грех'циклов "диффузор-конфузор" *

•-1 о-а +-з 8

<

.и*1 Т"- 1

1 1

О 9 •

и 1 \ 1- » - н

О ОД 0,4 Д6 Д8 <,0 \г 1,4 /,5 1,1 X

Рис. 4

Изменение коэффициента аналогии Рейнольдса по длине каналов с различньми значениями их ширины

«

V 0,5 02 14

Ф #

0.2

а-гг*** (-№•£¿•10* г-тгю*

41

а»йлп Г7=вгг

у г '

\4_ и 2/

0,м 0.5 1Д. 16 40 V№ 1Л . 1,6 ^

. Рис. 5

Сравнительная тепдогицродинамическая эффективность теплообменных пучков ¡л труб с различным' профилем стенок

г у—

А

-- *

ьм

—

Г Г <,5 1 1 6.1 10* \г

Рис. 6

Зависимость относительных коэффициентов теплоотдачи и сопротивления от шага ореб рения

I - орёбрение Типа В;" 2 - типа С; 3 - типа Д Рис. 7