автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Исследование конвективного теплообмена и разработка методики расчета промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройств

На правах рукописи

Усачёв Илья Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЁТА ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЦИКЛОННЫХ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Специальность 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Череповец - 2009

003469341

Работа выполнена в ГОУ ВПО Архангельский государственный технический университет (АГТУ).

Научный руководитель:

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Сабуров Эдуард Николаевич

Научный консультант:

кандидат технических наук, доцент Леухин Юрий Леонидович

Официальные оппоненты: заслуженный химик РФ,

доктор технических наук, профессор, Аншелес Валерий Рудольфович

кандидат технических наук, доцент Запатрина Наталья Владимировна

Ведущая организация: Череповецкий металлургический комбинат

ОАО «Северсталь»

Защита состоится «29» мая 2009 года в 16 часов на заседании диссертационного совета Д.212.297.01 в Череповецком государственном университете.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными гербовой печатью, просим направлять по адресу: 162600, Россия, г. Череповец, Вологодской обл., пр. Луначарского, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Череповецкого государственного университета.

Автореферат разослан « 3£у> АуМ&МХ. 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Никонова Е.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Нагревательные и термические печи - одни из крупнейших потребителей топлива, важное технологическое звено металлообрабатывающей, машиностроительной и других отраслей промышленности. В распространенных конструкциях печей тепловой поток к заготовкам (изделиям), в основном, передаётся излучением. Анализ теплообмена в их рабочем объёме показал, что его интенсификация может быть достигнута увеличением доли конвективного переноса теплоты. Интенсификация теплоотдачи к нагреваемому в печах металлу и поверхности кладки позволяет существенно увеличить производительность печи, снизить расход топлива и количество вредных выбросов, что соответствует современным требованиям рационального использования топлива. В вертикальных циклонных нагревательных устройствах циклонный поток греющей среды, равномерно обтекающий садку (группу) нагреваемых заготовок (изделий), расположенных в центре рабочего объема, значительно интенсифицирует конвективный теплообмен и повышает равномерность прогрева заготовок.

Особенности работы и тепловая эффективность циклонных нагревательных устройств в значительной степени определяются их аэродинамикой. Обтекание круглых цилиндрических заготовок циклонным потоком является сложным гидродинамическим процессом, зависящим от совокупного влияния их диаметра и длины, количества и величины смещения с аэродинамической оси потока, геометрических параметров циклонного нагревательного устройства и т.д. Условия формирования пограничных слоев, срыв потока с поверхности заготовки, распределение турбулентных характеристик потока в рабочем объёме печи определяют интенсивность теплоотдачи на её поверхности. В отличие от горизонтальных циклонных нагревательных устройств, в которых осуществляется непрерывный скоростной нагрев одной или двух заготовок, транспортируемых по роликам через весь рабочий объем, в вертикальных осуществляется периодический нагрев группы заготовок (изделий) в садке по особому температурному графику, определённому технологическими требованиями, с обеспечением высокой равномерности нагрева. Поэтому при расчёте таких устройств необходимо учитывать особенности его назначения, рабочего процесса и расположения заготовок. Всестороннее исследование особенностей конвективного теплообмена в рабочем объёме вертикальных циклонных нагревательных устройств, необходимо для совершенствования методики их расчёта, и более широкого внедрения их в промышленности.

Цель работы - исследовать конвективный теплообмен и разработать инженерную методику расчёта промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройств.

Научная новизна диссертации заключается в том, что впервые:

• экспериментально установлены и научно обоснованы закономерности распределения локальных коэффициентов теплоотдачи на поверхности одиночной смещённой заготовки, а также группы заготовок, расположенных симметрично относительно оси рабочего объёма промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройств;

• экспериментально установлены и научно обоснованы основные закономерности обтекания заготовок при различных вариантах загрузки рабочего объёма промышленных

Л ,

вертикальных циклонных нагревательных устройств, варьировании их геометрических и режимных характеристик, подтверждающие и объясняющие особенности конвективного теплообмена;

Автор защищает:

• результаты исследования конвективного теплообмена в вертикальных циклонных нагревательных устройствах при различных вариантах загрузки их рабочего объёма и варьировании геометрических и режимных характеристик;

• расчётные уравнения для определения местного коэффициента теплоотдачи в лобовой точке заготовки, а также на отдельных характерных участках поверхности заготовки (лобовой, вихревой и кормовой зонах) при варьировании геометрических и режимных характеристик вертикальных циклонных нагревательных устройств;

• научно обоснованные зависимости для расчёта основных аэродинамических характеристик, определяющих интенсивность конвективного теплообмена, циклонных нагревательных устройств при варьировании количества, диаметра и смещения с оси закрученного потока, расположенных в их рабочем объёме, заготовок; обобщающие зависимости для определения коэффициента сопротивления вертикальных циклонных нагревательных устройств при различных вариантах загрузки их рабочего объёма в неавтомодельной и автомодельной областях течения потока.

Практическая ценность. Разработана методика расчёта промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройств. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании и эксплуатации данных устройств, а также в учебном процессе при подготовке студентов.

Личный вклад автора. Автором, в соответствии с поставленной задачей, разработана методика и программа исследований, спроектированы экспериментальные стенды. На основе проведенных физических и численных экспериментов выполнен анализ, обобщение опытных и расчётных данных, разработана инженерная методика расчёта промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройств.

Достоверность приведённых результатов и выводов, сделанных на их основе, подтверждается использованием современных средств измерений, их тарировкой при проведении экспериментов, удовлетворительным согласием полученных данных с опубликованными исследованиями других авторов в диапазоне чисел Рейнольдса Reax> >6-104.

Апробация работы. Работа и её отдельные разделы представлялись, докладывались и обсуждались на 13-ой международной научно-технической конференции «Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik» (Котбусс, 2005 г.), международной научно-практической конференции «Опыт Российско-германского сотрудничества в области науки и образования» (Архангельск, 2005 г.), IV Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2006 г.), II международной научно-технической конференции «Автоматизация машиностроительного производства, технология и надёжность машин, приборов и оборудования» (Вологда, 2006 г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях аспирантов и профессорско-преподавательского состава АГТУ (2003-2008 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 17 научных статьях, из них 5 опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАКом.

Объем и структура работы. Материал диссертации изложен на 194 страницах машинописного текста, содержит 72 рисунка, 8 таблиц, состоит из введения, четырёх гнав, заключения и приложения. Библиографический список включает 127 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определено направление исследований, показана научная и практическая значимость решаемой задачи.

Первая глава посвящена обзору выполненных исследований по аэродинамике и конвективному теплообмену в циклонных нагревательных устройствах круглого поперечного сечения с торцевым отводом газов, методике их расчёта.

Промышленные вертикальные циклонные нагревательные устройства (рис. 1.) предназначены для термической обработки одиночных массивных изделий или группы стальных цилиндрических заготовок, расположенных в рабочем объеме в подвешенном состоянии. Нагрев заготовок в таких устройствах может производиться как под закалку (С=850°С), так и под отпуск (С, =650°С). Особенностями геометрии промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройств является цилиндрическая форма рабочего объёма и тангенциальный подвод газа. Такие устройства, как правило, имеют односторонний вывод газов и могут быть оборудованы газовыми горелками типа ГВ (5„ = 3,514 м3/ч). Диаметр рабочего объема нагревательного устройства находится в диапазоне 0,6-3 м, а его длина - 0,6-20 м.

В результате обзора и анализа литературы установлено, что аэродинамика циклонных нагревательных устройств с соосной с рабочим объёмом заготовкой изучены достаточно подробно. Однако закономерности обтекания одиночной смещенной заготовки, а также группы заготовок при различных вариантах формирования садки, и связанные с ними особенности распределения коэффициента теплоотдачи по их периметру, в настоящее время практически не изучены. Известные схемы расчетов вертикальных циклонных нагревательных устройств не учитывают влияние смещения заготовки и геометрии садки на основные аэродинамические характеристики потока, что, безусловно, снижает точность тепловых расчетов. Ранее выполненные немногочисленные исследования аэродинамики и предложенные рекомендации по расчёту таких устройств справедливы в основном для автомодельного режима течения потока. Практически не изучена область течения в окрестности заготовки. Недостаточно данных по распределениям локальных коэффициентов теплоотдачи на поверхности заготовок, особенно при расположении их в садке, микроструктуре потока в рабочем объёме ци-

Рис. 1. Схема промышленного вертикального циклонного нагревательного устройства, загруженного группой заготовок

клонных нагревательных устройств и её влияния на конвективный теплообмен.

Исходя из вышеизложенного, были поставлены следующие задачи исследования:

- исследовать конвективный теплообмен на поверхности заготовок при различных вариантах формирования садки;

- изучить закономерности обтекания одиночной смещенной заготовки, а также группы заготовок при различных вариантах формирования садки, и связанные с ними особенности распределения коэффициента теплоотдачи по их периметру;

- рассмотреть влияние микроструктуры потока в рабочем объёме вертикальных циклонных нагревательных устройств на конвективный теплообмен;

- разработать рекомендации по расчёту таких устройств, учитывающие влияние количества заготовок при характерном их расположении, действительные и для неавтомодельного режима течения потока;

- разработать методику расчёта вертикальных циклонных нагревательных устройств.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальных стендов для исследования аэродинамики и конвективного теплообмена в вертикальных циклонных нагревательных устройствах, методикам проведения экспериментов и определению погрешностей измерения.

Для экспериментальных исследований аэродинамики и конвективного теплообмена в вертикальных циклонных нагревательных устройствах было разработано 2 модели, представляющие собой шадкостенные циклонные камеры. Внутренний диаметр 1)к одной из них равен 179 мм, второй - 310 мм, относительная длина ¿К=1К/А=1,51 и 1,55. Выбор геометрических характеристик моделей был произведён с применением теории подобия по одной из распространённой в промышленности конструкции вертикального циклонного нагревательного устройства. При выборе режимных характеристик учитывалось явление автомодельное™ в аэродинамике циклонных камер. Подвод воздуха в рабочий объём обеих камер осуществлялся тангенциально их внутренней поверхности с двух диаметрально противоположных сторон, отвод воздуха - через осе-симметричное отверстие в верхнем торце с с1еък=с1етЮ¥=0,4. Относительная площадь входа /Вх=4/и/т1Д2 составила 0,0413 и 0,0477. Загрузка рабочего объёма камер экспериментального стенда №1 и 2 осуществлялась тонкостенными металлическими калориметрами, имитировавшими заготовку, с относительным диаметром 3ЛС>к=0,113— 0,344. Торцы калориметров отстояли от торцов рабочего объема на расстоянии 23 мм, что исключало непосредственное воздействие на боковую поверхность теплоотдачи торцевых течений. Количество заготовок щ варьировалось от 1 до 8, величина их относительного смещения с оси рабочего объёма е=е/Дс=0-0,432. Относительный описанный диаметр заготовок ¿/0П=с/0П/Д<= 0,113-0,665.

Распределения осредненных и пульсационных значений вектора скорости в рабочем объёме и у поверхности заготовки на стенде №1 (рис.2) исследовались при помощи лазерного доплеровского анемометра БаШес*. Измерения производились в среднем поперечном сечении модели при 2=0,670 (г—гЮ^ - безразмерная координата, совпадающая с осью рабочего объёма и отсчитываемая от его глухого торца).

Распределения полей скоростей в рабочем объеме модели стенда № 2 снимали трехканальным цилиндрическим зондом по общепринятой методике.

Опыты по исследованию местной и средней теплоотдачи на поверхности заготовки проводились с помощью градиентного датчика теплового потока (фирма «Captée", Франция) - анизотропного термоэлектрического преобразователя, изготовленного из монокристаллов висмута. Датчик имеет размеры сторон 5><5 мм и толщину 0,450 мм. На калориметре датчик закреплялся заподлицо с его поверхностью в среднем сечении камеры. Показания датчика снимались через 10° вращением калориметра.

Рис.2. Схема экспериментального стенда №1 для исследования аэродинамики и конвективного теплообмена в вертикальном циклонном нагревательном устройстве: 1 - модель циклонного устройства; 2 - входной канал; 3 - выходной торец; 4 - вытяжной зонт; 5 - паровой калориметр; 6 - цифровой термометр; 7 - трубка Пито-Прандтля; 8 - цифровой микроманометр; 9 - генератор тумана; 10 - воздуходувка; 11 - блок управления оборотами воздуходувки; 12 - волоконные световоды; 13 -оптический коммутатор; 14 - лазер; 15 - фотоэлектронный умножитель; 16 - компьютер; 17 - контроллер-счетчйк (коррелятор); 18 - осциллограф; 19 - система перемещения зонда; 20 - оптический зонд; 21 - градиентный датчик теплового потока; 22 - термопара; 23 - милливольтметры; 24 - паровой котёл; 25 - электронагреватель; 26 - предохранительный клапан; 27 - коллектор; 28 - дренаж

Опыты выполнены в диапазоне чисел Рейнольдса ReBX= VBXDK/vBX =(22,2... 816)-103 при температуре воздуха на входе в модель iBX=20-25°C (FBX -средняя скорость потока во входных каналах, v - кинематический коэффициент вязкости). Относительные погрешности экспериментально определяемых величин не превышали для расхода воздуха 1,5%, скорости - 1,4% (ЛДА) и 5,5% (пневмометрический зонд), статического давления - 5%, коэффициента теплоотдачи - 1%.__

* - Активное участие в создании стенда, оснащении его современной лазерной техникой и средствами автоматизации, а также в проведении наладочных испытаний принимал руководитель лаборатории лазерной техники университета Прикладных наук г. Эмдена (Германия) профессор В. Гарен. Автор благодарит профессора Гарена за оказанную помощь и внимание.

В третьей главе приведены результаты исследований аэродинамики вертикальных циклонных нагревательных устройств. Даже небольшое смещение заготовки относительно большого диаметра (с/3=«/3/Д(=0,344, е=е//?к= =0,034) с оси циклонного устройства происходит нарушение осевой равномерности её обтекания закрученным потоком. Кривая изменения безразмерного радиуса /"фт=/-фт/Кк, характеризующего положение основной скоростной характеристики циклонного потока мгчт (и'фт= ^фи/Рю - максимум тангенциальной составляющей полной скорости), качественно напоминает синусоиду (рис. 3) с максимумом в точке ф=0° (ф - центральный угол (рис.4)), а минимумом при ф=180° и амплитудой равной величине смещения заготовки. Поток как бы концентрируется вокруг заготовки и перемещается за ней. Для анализа течения в работе использовались полученные полуэмпирическим путём линии тока, а также изотахи в поперечном сечении циклонного устройства для различных вариантов расположения заготовок (рис. 4).

При значительных смещениях с оси циклонного устройства е > 0,134 заготовка и боковая поверхность рабочего объема образуют проточный криволинейный канал переменного поперечного сечения, причем профиль этого канала определяется не только значениями Ок, е, но и расположением и размерами зон вторичных течений у поверхности заготовки (рис. 4). По мере перемещения потока в конфузорной части канала и приближения его к наиболее стесненному сечению ф=0° происходит увеличение уровня тангенциальной скорости и перестройка ее профиля. Максимум приближается к поверхности заготовки и увеличивается по величине. Поток перемещается здесь под влиянием отрицательного градиента давления, способствующему его разгону. В диф-фузорной части канала (ф > 0°), положительный градиент давления препятствует продвижению потока у поверхности заготовки и приводит к его отрыву в точке 2. С противоположной стороны наблюдается вторичный вихрь, интенсивность и размеры которого возрастают с увеличением е. О размерах вторичного вихря можно судить по положению нулевой линии тока, которая замыкается между точками 1 и 2.

С увеличением смещения заготовки возрастают размеры вторичного, индуцированного вихря и нулевая линия тока отклоняется от заготовки на большее расстояние. Граница разделения прямого и обратного течений во вторичном вихре (изотаха нулевого значения тангенциальной скорости) на рис. 4в показана штриховой линией и берет начало в точке 1. Вторичный вихрь срывается с поверхности заготовки около точки 3,

Рис. 3. Изменение w,,m и гфи в зависимости от угла ф в поперечном сечении циклонного устройства при различных смещениях заготовки с его

оси: 1- ё=0; 2-е =0,034; 3 -0,067; 4-0Д34; 5 - 0,190 при ¿З=0,344; 6 -е=0,190; 7- 0,324 при ¿З=0,173

положение которой характеризуется углом сра (рис.4а). Между точками 2 и 3 расположена область течения со сложной кинематической структурой, в которой также суще-I ствует обратное течение - у поверхности поток перемещается в направлении точки 2. В результате отрыва с поверхности заготовки более мощного основного (циклонного) потока происходит инжекция части оторвавшегося вторичного вихря и присоединение ее в точке 4.

180* 180*

в г

Рис. 4. Распределения тангенциальной скорости (а), линии тока (б), изотахи тангенциальной (е) и осевой (г) скоростей ( ¿4=0,344; е=0,190)

При небольших смещениях заготовки (е< 0,067) нарушение осевой симметрии распределений интенсивности пульсаций тангенциальной = и осевой

в2 /у(V- осредненное значение полной скорости в данной точке) составляющих скорости происходит у её поверхности, что связано с потерей устойчивости течения и с появлением отрыва потока. С увеличением е неравномерность распределений и б2 по периметру возрастает, распространяясь и на пристенную зону.

Изменяется характер распределений б, и Ег вдоль линий тока (траекторий) циклонного потока. Распределения еф и £2 по радиусу определяются совокупным влиянием на турбулентность потока массовых сил и пограничных слоев, которые образуются

на стенке циклонного нагревательного устройства и поверхности заготовки. Наименьшие значения интенсивности пульсаций скорости (4...5,5%) наблюдаются в конфузор-ной части течения при ф=0°. Наиболее высокие значения £ф и в2 (до 250%) достигаются в центре вихря, на изотахе нулевого значения тангенциальной скорости, и в начале его образования у поверхности заготовки за лобовой точкой 1 (ф/=200°...220°), а также за точками отрыва потока 2 и 3.

Закономерности обтекания цилиндрической заготовки закрученным потоком зависят не только от её диаметра и смещения с аэродинамической оси рабочего объёма, но также и расхода газа через циклонное нагревательное устройство.

Со снижением числа Рейнольдса до значений меньших Яе*" происходит постепенная перестройка профилей тангенциальной и осевой составляющих скорости потока. Интенсивность вращательного движения в циклонном потоке снижается. Траектории циклонного потока принимают более осесимметричную и равномерную по периметру рабочего объема форму. Уменьшаются значения максимума вращательной скорости м'ф», и интенсивность его изменения от угла ср. Так если при 11евх=23,53-104 максимальное значение м>фт (при ср » 0°) на 44% превышает минимальное (при ср и 270°) в этом же поперечном сечении, то при Кевх=2,22-104 только на 11%. Радиус гфот увеличивается, т.е. максимум м>ф смещается к боковой поверхности рабочего объема, а изменение его по периметру уменьшается.

С уменьшением 11евх увеличиваются осевые скорости потока вблизи поверхности заготовки и проточность этой области течения. Наиболее существенно профиль у\>г перестраивается в диффузорной части поперечного сечения, где периферийное обратное течение оттесняется от заготовки. В конфузорной же части наоборот происходит некоторое расширение периферийного обратного тока. С уменьшением 11евх снижается интенсивность вторичных вихрей, возникающих в диффузорной части поперечного сечения.

Уменьшение 11евх, вероятно из-за снижения уровня вращательной скорости и влияния массовых сил на турбулентность внешнего циклонного потока, приводит к постепенному выравниванию распределений еф и б2 по радиусу и их увеличению до 8.. .10%. В вихре, наоборот, наблюдается значительное снижение интенсивности пульсаций обеих составляющих скорости.

Для заготовки ¿4 = 0,173 при е = 0,324 (рис. 5) характер ее обтекания качественно напоминает двухстороннее отрывное поперечное обтекание цилиндра плоским потоком. Заготовка разделяет набегающий поток на две части: внешний - циклонный и внутренний - вихрь, который имеет более значительные размеры и занимает свободную часть приосевой области рабочего объема. В этом варианте загрузки рабочего объема уменьшается влияние смещенной заготовки на перестроение тангенциальных скоростей и величину ууфт в конфузорной части поперечного сечения. Уровень тангенциальных скоростей в вихре увеличивается и становится соизмеримым по величине с их значением во внешнем потоке, а осевых скоростей наоборот уменьшается и становится существенно ниже, чем для заготовки большого относительного диаметра ( =0,344). Лобовая точка 1 находится при ср<г=270о(для =0,344 она расположена при ср^ = 250°). За заготовкой между точками отрыва потока 2 и 3 происходит формирование двух, вращающихся в противоположные стороны вихрей (рис. 6). Положение точки 2

(отрыва циклонного потока с поверхности заготовки) при исследованных смещениях практически не зависит от е (ф^« 30°).

0" и 1 4 j W(p о1

а б

Рис. 5. Распределения тангенциальной скорости (а) и линий тока (б) при обтекании одиночной смещенной заготовки ¿¡ = 0,173, е = 0,324

При анализе и обобщении данных по теплоотдаче в циклонных нагревательных устройствах в качестве характерной скорости потока может быть использована максимальная тангенциальная скорость в наиболее стесненном поперечном сечении циклонного устройства. Она может быть определена по методике аэродинамического расчета. Приближённое влияние на аэродинамику циклонных нагревательных устройств одиночной смещенной с их оси заготовки аналогично влиянию одиночной центральной заготовки с d, равным диаметру окружности, описывающей смещённую из центра рабочего объема d0„. Увеличение смещения заготовки относительно большого диаметра (например, ¿4=0,344) приводит к возрастанию wфт в стесненном сечении относительно расчетного значения mv , рассчитанного для осесиммегричной заготовки с d,= don. Отношение / w£m достигает максимального значения равного примерно 1,25 при dQJ d =2. При dm/d3>2, что характерно для обтекания заготовок относительно меньшего диаметра ( d3 = 0,173 на рис. 5), увеличение dm/d, приводит сначала к снижению wфт примерно на 7% относительно расчетной величины, а при dmld,>3,5 практически перестает зависеть от этого параметра. Изменение ïïV, /w°m в диапазоне изменения don/d3 =1...5,8 может быть описано уравнением

z^r- = 0,93 + 0,32ехр

-1,41-1=-2

(1)

В обобщение (1) включены опытные данные в диапазонах изменения параметров ¡¿¡=0,113... 0,344, е=0,016...0,432, 0,665. Отклонение опытных точек от расчётной кривой уравнения (1) составляет менее 10%.

Изменения w,

'фт и v от числа Рейнольдса в неавтомодельной области для оди-

------- Ц/П1 ----------»1--- --- - - - г л

ночной смещённой заготовки могут быть рассчитаны уравнениям -=- = 1,013-0,013

^ = 0,995 + 0,005

-авт ф т

Reai

(2) (3)

где %т и гт

- значения wmm и гю

фи в области автомодельного течения при ReBX>

т~> авт — авт / * \

> Кевх, при этом рассчитывается по уравнению (I).

С введением в циклонное устройство второй заготовки, расположенной симметрично относительно оси его рабочего объёма с первой, характер их обтекания начинает существенно зависеть и от расстояния между ними. На рис. 6 представлены результаты численного моделирования обтекания двух заготовок при тех же условиях, что и в выполненных опытах с использованием программного комплекса CFX-5.7 и модели турбулентности Shear Stress Transport к-ю. Картина обтекания заготовок и образования вихрей, представленная в виде распределений проекций векторов полной скорости на поперечные плоскости, хорошо согласуется с опытными данными. Удовлетворительно совпадают расположения характерных точек 1-5, а также распределения тангенциальной и осевой скоростей в поперечном сечении циклонного устройства. Лобовая точка I смещается в область больших углов (pd «270°, положение точки отрыва 2 практически не зависит от количества заготовок в группе. Нулевая линия тока замыкается между критическими точками I и 2 соседних заготовок. При близком расположении заготовок в узком зазоре между ними отсутствует упорядоченное вращательное движение, наблюдается лишь слабоинтенсивное осевое течение в направлении выходного отверстия. Перпендикулярно радиальной линии смещения заготовок образуются два вихря, которые отрываются от поверхности одной заготовки и затем присоединяются к поверхности другой (рис. 6а). Каждая из заготовок омывается двумя вихрями, оттесняющими внешний циклонный поток. С увеличением расстояния между заготовками повышается проточность приосевой области циклонного устройства

а б

Рис. 6. Расчётные проекции вектора скорости на поперечные плоскости в среднем сечении рабочего объёма:

е =0,190 и 0,324, 53=0,173

(рис. 66). Вихри объединяются, образуя в приосевой зоне достаточно интенсивное вращательное движение. Лобовая точка 1 перемещается к значению угла ф^«280°, а точки 3 и 4 - в сторону меньших углов qv равных 150° и 110° соответственно. Формирование объединенного вихря не только улучшает обтекание и теплоотдачу заготовок, но и несколько повышает уровень тангенциальных скоростей во внешнем циклонном потоке.

С увеличением количества заготовок п3, расположенных в рабочем объеме, повышается осесимметричность распределения скоростей вращательного движения во внешнем потоке (при г > dm) и уменьшается интенсивность зависимости wvm от угла ср. Максимальное значение тангенциальной скорости в зажатом сечении рабочего объема при различном количестве заготовок wvmn в зависимости от относительного шага расположения заготовок в группе s = s/d, (s - расстояние между осями соседних заготовок) может_быть как больше i (при s>2), так и меньше (при s<2). В диапазоне изменения s=l,05...3,83 величина wvm„может быть рассчитана по уравнению

5^1.04-М (4)

где и>фт1 - значение м>ф(Я для одиночной смещённой заготовки, рассчитываемое по уравнению (1).

Уравнение (4) действительно в автомодельном режиме течения для d3=0,113-0,242,л3=1-8и d оп< 0,577. Отклонение опытных точек от расчётных зависимостей не превышает 1,5%.

При загрузке рабочего объема одиночной смещенной заготовкой или садкой наблюдается заметное снижение суммарного коэффициента сопротивления камеры ^ что объясняется главным образом изменением условий стока газов. Для расчёта ^циклонного нагревательного устройства, загруженного одиночной, смещённой относительно его оси заготовкой, рекомендуется следующее уравнение

( /_ \3V'

С вх1 _

с

«Э В!

f /— \ 3\

а + Ъ d on

V У

(5)

где С,т - коэффициент сопротивления циклонного нагревательного устройства, загруженного одиночной осесимметричной заготовкой с d3=don^, a=\-2,^Adi,+Q,\9Ad,, Ь=2,59^-0,1365,-0,012.

Формула (5) действительна при 103 — 0,342 и dm< 0,665 в автомодельном режиме течения потока. Отклонение опытных точек от расчётной зависимости не превышает 12%.

Для расчёта сопротивления вертикального циклонного нагревательного устройства, загруженного группой осесимметрично расположенных вокруг его оси заготовок, можно использовать следующее уравнение

^ = 0,88 + аехрГ-^1 (6)

где ÇBl- коэффициент сопротивления циклонного нагревательного устройства с одиночной смещённой заготовкой; где сс=1765,5 dг 2-510 d, +3 5,32,6=2,78—10,64 d,.

Уравнение (6) действительно при ¿,=0,113 - 0,242, п3=1 - 8 и don < 0,577 в автомодельном режиме течения. Отклонение опытных точек от расчётных зависимостей не более 2%.

Коэффициент сопротивления циклонного устройства, при числах Рейнольдса меньше можно рассчитать по уравнению

( ( v'V . „„. ---J Re„,

1,034-0,034

Re::

(7)

где С?" - коэффициент сопротивления циклонного нагревательного устройства в автомодельном режиме течения, рассчитываемый по формулам (5) и (6).

Влияние относительной шероховатости поверхности рабочего объёма и неизо-термичности потока при расчётах максимальной тангенциальной скорости, её положения и коэффициента сопротивления вертикального циклонного нагревательного устройства может быть учтено по методике разработанной на кафедре теплотехники АГТУ.

В четвёртой главе диссертации приводятся результаты исследования конвективного теплообмена в вертикальных циклонных нагревательных устройствах.

При безотрывном обтекании заготовки с d3=0,344, смещённой на е=0,034, (рис. 7)

неравномерность теплоотдачи по периметру не превышает 17%. Максимальные значения коэффициента теплоотдачи наблюдаются при qv»120° и 270°, а минимальные - при qv « 60° и 190°. Такой характер изменения аф, вероятно, можно объяснить различной степенью влияния центробежных сил на формирование пограничного слоя на поверхности заготовки при увеличении скорости потока в конфузорной части течения и его торможении в диффузорной. С увеличением смещения заготовки ¿3=0,344, при отрывном характере её обтекания (е =0,101 и 0,134), максимальное значение аф расположено в лобовой критической точке 1 при ф^»250° и превышает среднее значение а на 33%. При более значительных смещениях (е =0,190 для <¿,=0,344 и е= =0,190 и 0,324 для d3 =0,173) положения максимумов коэффициента теплоотдачи и лобовой точки различаются, что, вероят-

0.6

250 270 300 330 0

30 « 90 120 150 180 210 <Pj

Рис. 7. Распределения а,¿а по периметру заготовки при различных её смещениях с оси циклонного устройства и диаметрах: 1 - ¡>=0,034; 2 - 0,101; 3 - 0,134; 4-0,190 при ¿,=0,344; 5 - 0,190; 6 - 0,324 при ¿з=0,173

но, обусловлено изменением интенсивности турбулентности потока натекающего на заготовку и неравномерностью ее распределения по периметру и радиусу циклонного устройства. Диапазон изменения абсолютного значения коэффициента теплоотдачи ОфЛри проведении физического моделирования составил 70- 180 Вт/м2-К.

В конфузорной части поперечного сечения по мере продвижения потока от лобовой точки 1 (рис. 7), а также в его диффузорной части до точки отрыва 2 (при угле 9^30-50°), с увеличением толщины пограничного слоя, происходит снижение коэффициента теплоотдачи. Причем в окрестности точки 2 для заготовок обоих диаметров наблюдаются наименьшие по периметру значения а^, 62...65% от его средней величины. Аналогичные снижения аф происходят в вихре до его отрыва в точке 3. Для заготовки с 53=0,173, при рассмотренных её смещениях, в точках 3 (9^170-180°) наблюдается еще один минимум значений аф.

В кормовой области течения имеются два небольших по величине максимума -один за точкой отрыва 2 циклонного потока при 9^=60-70°, а второй в окрестности точки 4 при 9^120-140°. Распределение коэффициентов теплоотдачи в этой части заготовки, как и в вихре, в значительной степени определяется совокупным влиянием таких факторов, как присоединение вихря в точке 4 с последующим развитием пограничного слоя, высокой интенсивностью турбулентных пульсаций, образованием вторичных течений и осевым стоком газа в направлении выходного отверстия.

Известно, что турбулентность натекающего потока определяет не только уровень, но и различную интенсивность зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости течения. Так для лобовой точки при обтекании заготовки с ä3=0,344 рост турбулентности с увеличением е приводит к повышению показателя степени при числе Рейнольдса от 0,45 до 0,54, а для ¿,=0,173 при исследованных значениях е от 0,44 до 0,46. Опытные данные по теплоотдаче в лобовой точке заготовок для обоих диаметров представлены на рис. 8 линией 1 и с достаточной для практического использования точностью 10% могут быть обобщены уравнением

Nu =0,95Re°-5

(8)

На рис. 8 приняты следующие обозначения: 1Чи=а с/3/Х, Миф= =аф ¿Д - среднее и местное числа Нуссельта, К.ефт=и>фт ¿/у -число Рейнольдса, X ~ коэффициент теплопроводности при сред-

Рис. 8. Зависимости Ки(?=/(Яс,,т) и 1Яи=_/(Ке^т) для различных участков поверхности заготовки: 1 -для лобовой точки; 2 - между точками 1 и 2; 3 -между точками 1 и 3; 4 - между точками 2 и 3

ней температуре потока.

В исследованном диапазоне чисел 11ефт=(3,5... 125,4)-103 коэффициент теплоотдачи в лобовой точке выше среднего по периметру заготовки значения на 23 - 65%, при этом наибольшее различие наблюдается при минимальных 11ефт.

Особенности обтекания лобовой части заготовки циклонным потоком (участок поверхности цилиндрической заготовки между точками 1 и 2 на рис. 4) и вихрем (участок поверхности цилиндрической заготовки между точками 1 и 3 на рис. 4), и распределения интенсивности турбулентных пульсаций скорости определяют различную зависимость коэффициента теплоотдачи от числа Рейнольдса. Так для лобовой части заготовки ¿3=0,344, омываемой циклонным потоком, с увеличениемсмещения показатель степени при числе Рейнольдса возрастает от 0,5 до 0,63, а для с/3=0,173 он равняется 0,49. Среднее значение коэффициента теплоотдачи для этой части заготовки (рис. 8 линия 2) может быть рассчитано по уравнению

N11 = 0,4311е°'". (9)

Для части поверхности заготовки, омываемой вихрем с высокой турбулентностью потока, показатель степени при числе Рейнольдса выше. Так для заготовки ¿4=0,344 с ростом е, он увеличивается от 0,57 до 0,72, а для <^=0,173 от 0,64 до 0,75. Коэффициент теплоотдачи на этом участке поверхности (рис. 8 линия 3) может быть определён по уравнению

№ = 0,112Яе°'". (10)

Число № в уравнении (9) рассчитывается по среднему коэффициенту теплоотдачи на участке между точками 1 и 2, а в (10) - между точками 1 и 3. Сопоставление опытных данных показывает, что при наименьших исследованных значениях числа 11ефи средняя теплоотдача лобовой части омываемой, циклонным потоком примерно на 25% выше, чем поверхности, обтекаемой вихрем, а при наибольших Кефт напротив теплоотдача в вихре выше на 20%.

Уровень теплоотдачи кормовой части поверхности заготовки, между точками 2 и 3 на 9 - 37% ниже среднего по периметру и определяется (рис. 8 линия 4) уравнением

1Чи = 0,107Яе^6. (11)

На этом участке поверхности показатель степени при 11ефт также увеличивается с увеличением смещения заготовки: для 4=0,344 от 0,61 до 0,7, а для ¡4=0,173 -от 0,57 до 0,65.

Анализ зависимости среднего по периметру заготовки коэффициента теплоотдачи от числа Рейнольдса показал, что для его расчета в вертикальных циклонных нагревательных устройствах с погрешностью, не превышающей для большинства опытных данных 10%, может быть использовано уравнение, ранее предложенное Ю.Л. Леухиным и Э.Н. Сабуровым.

Общий хараьсгер изменения локального коэффициента теплоотдачи для лобовой части, рассмотренный для одиночной смещённой заготовки, сохраняется и при п3=2 (рис. 9).

При близком расположении заготовок (е =0,190) наблюдается смещение положения максимума аф от лобовой точки в сторону больших углов (ср,/®290о), что можно объяснить низким уровнем тангенциальных скоростей в вихревых областях.

При большем расстоянии между заготовками(е =0,324) координаты лобовой точки и максимума афпрактически совпадают (ф</»280°), а максимальная величина коэффициента теплоотдачи превышает среднее значение а на 22%. Существование между заготовками вытянутого вихря, обуславливает увеличение размеров вихревой зоны и более плавное снижение теплоотдачи в лобовой части заготовки, обтекаемой внешним циклонным потоком.

При обтекании четырёх заготовок максимум коэффициента теплоотдачи наблюдается в лобовой точке при ф^»320°. С увеличением количества заготовок в рабочем объёме циклонного устройства значительно возрастает размер кормовой области течения, в которой наблюдается два максимума теплоотдачи. Первый из них находится в точке 4 (9^130°) и всего на 22% меньше основного максимума аф в лобовой точке 1 (ф^320°), второй - за точкой отрыва 2 при ф^»55-65°. Резкий скачок теплоотдачи в точке 4 объясняется присоединением вихря, срывающегося с поверхности соседней заготовки. Затем по мере увеличения толщины пограничного слоя происходит снижение интенсивности теплоотдачи, которая незначительно увеличивается лишь перед отрывом потока в точке 2.

Распределение коэффициента теплоотдачи в кормовой области в значительной степени определяется расстоянием между заготовками.

Опытные данные по теплоотдаче в лобовой критической точке при различном количестве заготовок обобщаются уравнением:

Миф = 1,285^«*', (12)

где к] и к2 - коэффициенты, учитывающие влияние на теплоотдачу в лобовой точке количества заготовок: Лг,=1,58/л°'5-0,58, к2=0,9 +0,1«3.

Величина коэффициента теплоотдачи в лобовой точке в значительной степени определяется количеством заготовок в группе и числом 11ефт (особенно при его низких значениях). Так при минимальных Кефл и щ = 2 теплоотдача на 17%) ниже, а при щ =4 на 35%, по сравнению с одиночной смещенной заготовкой. Показатель степени при 11ефт с увеличением и3 растет от 0,46 до 0,60, что, основываясь на данных по аэродинамике, можно объяснить перестройкой профиля тангенциальной скорости и изменением характера обтекания заготовки при

Рис. 9. Распределение а9/а по периметру заготовки при варьировании их количества: 1 - л3=1; 2 - и3=2 при е = 0,190; 3 - «3 =1; 4 - я3 =2; 5 -и3=4при е = 0,324.

уменьшении Кевх.

В лобовой части поверхности заготовки, омываемой циклонным потоком (участок поверхности цилиндрической заготовки между точками 1 и 2), теплоотдача практически не зависит от их количества в рабочем объёме циклонного нагревательного устройства, и удовлетворительно обобщается уравнением (9).

Уровень средней теплоотдачи на поверхности между точками 1 и 3 зависит от размеров и интенсивности вихрей между соседними заготовками, и уменьшается с увеличением п3. Так при п3=4 уровень теплоотдачи в их лобовой части, омываемой вихрем, на 25,2% ниже по сравнению с одиночной заготовкой при том же смещении. Поскольку эта область течения имеет более высокую турбулентность, чем лобовая часть, омываемая циклонным потоком, показатель степени при числе Рейнольдса здесь выше и среднее его значение равняется 0,67. Коэффициент теплоотдачи может быть определен по уравнению

№ = 0,1121^%, (13)

где - коэффициент, учитывающий влияние на теплоотдачу поверхности, омываемой вихрем, количества заготовок; к2 = 1,004 - 0,004и3!.

Сопоставление уравнений (9) и (13) показывает, что с увеличением количества заготовок уровень теплоотдачи в их лобовой части, омываемой вихрем, снижается по сравнению с частью, обтекаемой циклонным потоком. Так при и3 = 4 ( е = 0,324) и Наибольших исследованных значениях числа 11ефт теплоотдача в вихре ниже примерно на 19%, а при наименьших на 44%.

Теплоотдача кормовой части поверхности, между точками 2 и 3, в значительной степени определяется относительным шагом расположения заготовок в группе 5. При этом, чем меньше я, тем больше размер кормовой области и ниже в её пределах средний коэффициент теплоотдачи. Например, введение в рабочий объём второй заготовки при е = 0,190 ( 5= 1,1) уменьшает средний коэффициент теплоотдачи кормовой части на 28%. Расчет теплоотдачи в этой области можно выполнить по уравнению

Ми = 0,1071Ц;Х (14)

где кц - коэффициент, учитывающий влияние а на теплоотдачу кормовой части; кА =1-0,85ехр(-1).

Различная интенсивность теплоотдачи на характерных участках, уменьшение размеров лобовой части, омываемой циклонным потоком, и увеличение кормовой при увеличении количества заготовок в группе объясняют причину повышения показателя степени при числе Рейнольдса и снижения среднего по поверхности коэффициента теплоотдачи.

Выполненные исследования показали, что формирование садки для термообработки в вертикальных циклонных нагревательных устройствах необходимо осуществлять с относительным шагом между заготовками ¿'>2. Для обеспечения равномерности нагрева и исключения локального перегрева заготовок относительный описанный диаметр садки ¿ап не должен превышать 0,6. Длина рабочего объёма вертикального циклонного нагревательного устройства выбирается таким образом,

чтобы подвешенные в его рабочем объёме заготовки не находились в зоне приторцевых пограничных слоев камеры.

Выявленные закономерности обтекания группы (садки) заготовок дали возможность выполнить научно обоснованный анализ и обобщение опытных данных по конвективному теплообмену на их поверхности. На основе полученных результатов и общей методики расчёта циклонных камер, созданной на кафедре теплотехники АГТУ, была разработана инженерная методика расчёта промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройств.

В приложении представлен пример расчёта промышленного вертикального циклонного нагревательного устройства, с использованием формул и уравнений, полученных в работе. Доля теплоты, переданная конвекцией к садке, состоящей из 8 заготовок, с учетом переизлучения конвективного теплового потока с кладки, в примере расчёта составила 58,6%.

Общие выводы:

Основные результаты выполненной работы сводятся к следующему:

1. На основе экспериментальных исследований осреднённых и пульсационных параметров потока, а также результатов численного моделирования, получена научно достоверная картина движения закрученного потока в вертикальных циклонных нагревательных устройствах при различных вариантах загрузки их рабочего объёма в широком диапазоне варьирования режимных характеристик.

2. Предложены научно обоснованные уравнения для расчёта максимальной тангенциальной скорости и коэффициента сопротивления циклонных нагревательных устройств справедливые в широком диапазоне изменения количества, диаметра и смещения заготовок с оси закрученного потока. Получена обобщённая зависимость для определения сопротивления циклонного устройства при неавтомодельном режиме течения потока.

3.Экспериментально установлено и теоретически объяснено изменение локальных коэффициентов теплоотдачи на поверхности одиночной смещенной цилиндрической заготовки, а также их группы, расположенных в рабочем объёме циклонного нагревательного устройства.

4. В результате обобщения опытных данных по конвективному теплообмену получены уравнения для расчёта местного коэффициента теплоотдачи в лобовой точке и среднего по периметру заготовки, а также на её различных характерных участках: лобовой, вихревой и кормовой зонах.

5. Разработана инженерная методика расчёта промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройств.

6. Результаты настоящей работы могут быть использованы при проектировании и эксплуатации промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройств, а также будут способствовать более широкому их использованию на металлообрабатывающих и машиностроительных предприятиях.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: Научные статьи, опубликованные в изданиях по списку ВАК

1. Обтекание и теплоотдача группы цилиндров, расположенных симметрично относительно оси циклонного потока / Ю.Л, Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен // Изв. высш. учеб. заведений. Проблемы энергетики. - Казань, 2008.-№ 11-12.-С.48-60.

2. Особенности обтекания и теплоотдачи цилиндра, смещённого с оси циклонного потока / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен // Изв. высш. учеб. заведений. Проблемы энергетики. -Казань, 2008. - № 3-*. - С.20-31.

3. Леухин, Ю.Л. Особенности обтекания заготовки, смещенной с оси рабочего объема циклонного нагревательного устройства / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев // Вестник СГГУ. - Саратов, 2008.1 (31). Выпуск 2. - С. 168-176.

4. Влияние числа Рейнольдса на аэродинамику циклонной загруженной камеры / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен // Изв. высш. учеб. заведений. Лесной журнал - Архангельск, 2007. -№ 6, - С.120-128,

5. Леухин, Ю.Л. Влияние числа Рейнольдса на аэродинамику кольцевого канала с закрученным потоком / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен. // Изв. высш. учеб. заведений. Лесной журнал. - Архангельск, 2004. - № 2. - С. 100-109.

Публикации в других изданиях

6. Usatschjov, I.A. Experimentelle und theoretische Untersuchungen von Gaswirbelströmungen in Zyklonkammern mit Laser-Doppler-Anemometrie // I.A. Usatschjov, J.L. Leuchin, E.N. Saburov, W. Garen / 13. Fachtagung "Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik". - Cottbus: BTU, 2005. - S. 35- 43.

7. Леухин, Ю.Л. Обтекание цилиндра, смещенного с оси циклонного потока / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен // Материалы IV российской национальной конференции по теплообмену. - Москва, 2006. - Том 2. - С. 179-183.

8. Леухин, Ю.Л. Теплоотдача цилиндра, смещенного с оси циклонного потока / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, В. Гарен, И.А.Усачев // Материалы IV Российской национальной конференции по теплообмену. - Москва, 2006. - Том 2. - С. 183-187.

9. Обтекание и теплоотдача цилиндра, смещённого с аэродинамической оси циклонного потока Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен // Изв. высш. учеб. заведений и энергетически объединений СНГ. Энергетика. - Беларусь, 2008. - № 6. - С.43-50.

10. Леухин, ЮЛ. Физическое и численное моделирование обтекания и теплоотдачи круглой заготов ки / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен // Материалы II международной научно технической конференции.-Т. 1.-Вологда: ВоГТУ, 2006.-С. 105-110.

11. Леухин, ЮЛ. Исследование обтекания круглых цилиндров, смещенных с аэродинамической ос циклонного потока, при помощи LDA и программного комплекса CFX / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров И.А. Усачев, В. Гарен, / Опыт Российско-германского сотрудничества в области науки и образования Материалы международной научно-практической конференции: Сб. науч. тр./АГТУ. - Архангельск 2005.-С. 30-45.

12. Usatchjov, I., Test measurement with Dantec LDA system, / Usatschjov, I.A., Muller, M., Popelka, L. Koch, S. // Internal Report of CTU/ Prague, 2003. - U207.1 VZ182/03. - p. 1-14.

13. Popelka L. Laser Supported Measurement in Fluid Dynamics and Thermodynamics / L. Popelka, M. Mul 1er, S. Koch, I. Usatchjov, J. Nozicka // Fluid Dynamics and. Thermodynamics - Proceedings of Student' Work in Year 2002/2003/CTU.-Prague: Gradient,2003.^-p. 67-78.

14. Леухин, Ю.Л. Разработка экспериментального стенда и исследование с помощью LDA аэродина мики циклонного нагревательного устройства / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен / Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: Сб. науч. тр./АГТУ -Архангельск, 2004. - Вып. К. - С. 136-143.

15. Леухин, ЮЛ. Аэродинамика и конвективный теплообмен в вертикальной циклонной печи д нагрева круглых массивных заготовок / ЮЛ. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен // Вестни Архангельского государственного технического университета, серия Энергетика: Сб. науч. тр./АГТУ - Архангельск, 2006. - Вып. 63. - С. 3-10.

16. Леухин, Ю.Л. Особенности аэродинамики и теплоотдачи цилиндра, смещенного с оси циклонно го потока / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен // Охрана окружающей среды и рацио нальное использование природных ресурсов: Сб. науч. тр./АГТУ. - Архангельск, 2006. - Вып. 64. - С 129-139.

17. Усачев, И.А. К аэродинамике вертикальных циклонных нагревательных устройств / И.А.Усачев Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, В. Гарен // Наука - северному региону: Сб. науч. тр./АГТУ. - Архан гельск,2006.-Вып. 67.- С. 334-341.

Подписано в печать 24.04.2009. Формат 70x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 86.

Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета в типографии ГОУ ВПО «Архангельский государственный технический университет»

163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17

Введение

1. Современное состояние вопроса

2. Экспериментальные стенды для исследования аэродинамики и конвективного теплообмена в вертикальных циклонных нагревательных устройствах

2.1. Описание экспериментальных стендов

2.2. Методика измерений

2.3. Погрешности измерений

2.4. Программа исследований

3. Результаты исследования аэродинамики промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройств

3.1. Аэродинамика циклонного нагревательного устройства загруженного круглой цилиндрической заготовкой соосной с его рабочим объёмом, особенности обтекания заготовки

3.2. Влияние смещения заготовки на аэродинамику циклонного нагревательного устройства и её обтекание

3.3. Влияние диаметра смещённой заготовки на аэродинамику циклонного нагревательного устройства и её обтекание

3.4. Аэродинамика циклонного нагревательного устройства загруженного группой заготовок (садкой), расположенных симметрично оси его рабочего объёма. Особенности обтекания заготовок

3.5. Влияние расхода газа на аэродинамику вертикальных циклонных нагревательных устройств

3.6. Обобщение опытных данных по аэродинамике вертикальных циклонных нагревательных устройств

4. Результаты исследования конвективного теплообмена в промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройствах 140 4.1. Теплоотдача на поверхности одиночной круглой цилиндрической затотовки, соосной с аэродинамической осью циклонного потока

4.2. Местная и средняя теплоотдача на поверхности одиночной круглой цилиндрической заготовки, смещенной с аэродинамической оси циклонного потока

4.3. Влияние количества смещённых заготовок в группе (садке) на местную и среднюю теплоотдачу на их поверхности

А

Повышение производительности оборудования, автоматизация и организация рационального использования топлива в промышленности является актуальной задачей. Нагревательные и термические печи - одни из крупнейших потребителей топлива, важное технологическое звено металлообрабатывающей, машиностроительной и других отраслей промышленности. Эффективность проектирования и эксплуатации печей в значительной мере определяется уровнем знаний о теплообмен-ных и аэродинамических процессах, происходящих в их рабочем объёме.

Выполненные в настоящее время исследования показали, что в промышленных печах целесообразно использовать циклонный принцип организации движения греющих газов. Закрученный поток греющих газов, равномерно обтекающий садку из заготовок, расположенных в центре рабочего объема печи, значительно интенсифицирует конвективный теплообмен и повышает равномерность ее прогрева. Интенсификация теплоотдачи конвекцией к металлу и поверхности кладки позволяет существенно повысить их производительность, а также снизить расход топлива и вредных выбросов, что соответствует требованиям рационального использования топливных ресурсов [92, 103, 106]. Вертикальные циклонные нагревательные устройства широко используются для термообработки крупных, особо ответственных изделий (роторов, валов для паровых, газовых турбин, компрессорных машин, специальных сварных конструкций, гребных винтов и т.п.), горизонтальные печи — для нагрева заготовок под ковку и штамповку, а также в прокатных цехах в качестве печей скоростного нагрева [13, 19, 72, 77, 92]. В циклонных нагревательных устройствах вследствие их малой теплоинерционности упрощается управление процессами термообработки при сложных технологических режимах нагрева, сокращается количество брака. Благодаря высокой скорости нагрева заготовок повышается качество продукции, уменьшаются потери металла с окалиной, снижается обезуглероживание поверхности, расширяются возможности автоматизации теплового режима.

Преимущества циклонных нагревательных устройств определяются в первую очередь их аэродинамикой и возможностью интенсификации конвективного теплообмена. Поэтому исследование их аэродинамики в сочетании с изучением конвективного теплообмена представляет важную актуальную практическую задачу.

Повышение производительности и экономичности работы промышленных печей определяется более полным использованием их рабочего объема. Поэтому одним из наиболее рациональных и часто встречающихся способов нагрева заготовок (изделий) с малым относительным диаметром является нагрев их в садке, когда заготовки располагаются в группе симметрично относительно оси камеры. Результаты исследований, проведённые сотрудниками СПбГТУ (ЛПИ), ВНИИПромгаза, АГТУ (АЛТИ) [39, 77, 88, 92], позволили установить общую картину движения греющих газов в циклонных нагревательных устройствах и получить представление об уровне конвективного теплообмена на поверхности заготовок. Однако, имеющиеся данные не всегда позволяют достоверно оценить уровень и интенсивность конвективного теплообмена к заготовкам при их групповом нагреве. Обтекание круглых цилиндрических заготовок циклонным потоком является довольно сложным гидродинамическим процессом, зависящим от совокупного влияния их диаметра и длины, количества и величины смещения с аэродинамической оси потока, геометрических параметров циклонного нагревательного устройства и т.д. Условия формирования пограничных слоев, срыв потока с поверхности заготовки, распределение турбулентных характеристик потока в рабочем объёме печи определяют сложность процесса теплоотдачи на её поверхности. Имеющиеся методики аэродинамического и теплового расчёта циклонных нагревательных устройств выполнены в основном в автомодельной области течения греющего потока. Недостаток экспериментального материала по теплоотдаче к садке и отсутствие каких-либо данных по распределению локальных коэффициентов теплоотдачи на поверхности заготовок не позволяет обеспечить необходимую точность расчётов их нагрева. Всестороннее исследование особенностей гидродинамики и теплообмена в рабочем объёме вертикальных циклонных нагревательных устройств, необходимо для разработки методики их расчёта, рекомендаций по проектированию, что будет способствовать их широкому внедрению в промышленности. Отмеченные обстоятельства вызывают необходимость проведения специальных исследований посвященных, перечисленным выше, практически важным вопросам.

Диссертационная работа состоит из четырёх глав и приложения. В первой главе дается обзор выполненных исследований по аэродинамике и конвективному теплообмену в циклонных нагревательных устройствах, в том числе и вертикальных. Обосновывается необходимость дальнейшего их изучения и определяются задачи исследования. Во второй главе производится описание экспериментальных установок и методики исследования аэродинамики и конвективного теплообмена. В третьей главе анализируются результаты исследований аэродинамики циклонного нагревательного устройства со смещённой параллельно оси рабочего объёма одиночной круглой заготовкой и их группы. Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию конвективного теплообмена к цилиндрическим заготовкам, расположенным в рабочем объеме циклонного нагревательного устройства. Рассмотрена теплоотдача к одиночной заготовке, смещенной с оси потока, к осесимметрично расположенной группе заготовок, а также к заготовке большого относительного диаметра. В приложении приводится пример расчёта вертикального циклонного нагревательного устройства по усовершенствованной методике, на основе полученных в данной работе рекомендаций и уравнений.

Основные результаты выполненной работы сводятся к следующему:

1. По результатам экспериментальных исследований осреднённых и пульсационных параметров потока, численного моделирования, описана и физически объяснена картина движения закрученного потока в рабочем объёме и в окрестности цилиндрической заготовки и их группы (садки) при различных вариантах загрузки и варьировании режимных характеристик вертикального циклонного нагревательного устройства.

2. На основе полученных данных предложены физически обоснованные, уточнённые уравнения для расчёта максимальной тангенциальной скорости и сопротивления циклонного нагревательного устройства при варьировании количества, диаметра и смещения заготовок с оси закрученного потока. Получена обобщённая зависимость для определения сопротивления циклонного устройства при неавтомодельном режиме течения потока.

3. На основе результатов исследования локальных и интегральных характеристик конвективного теплообмена одиночной цилиндрической заготовки, а также их группы, расположенных в рабочем объёме циклонного нагревательного устройства установлено и объяснено изменение локальных коэффициентов теплоотдачи по их периметру.

4. В результате обобщения опытных данных по конвективному теплообмену получены уравнения для расчёта местного коэффициента теплоотдачи в лобовой точке и среднего - по периметру заготовки, на её различных участках: лобовой, вихревой и кормовой зонах, позволяющие оценить отклонение температуры на поверхности цилиндрических заготовок при заданном температурном уровне их нагрева.

5. Полученные в работе уравнения справедливы для широкого диапазона геометрических характеристик циклонных нагревательных устройств и вариантов загрузки их рабочего объёма.

6. Использование полученных в работе обобщённых уравнений по аэродинамике и конвективному теплообмену позволяет усовершенствовать методику расчёта промышленных вертикальных циклонных нагревательных устройств.

7. Расчёты вертикальных промышленных циклонных нагревательных устройств, выполненные по методике кафедры теплотехники АГТУ с использованием полученных в работе рекомендаций и уравнений (пример расчёта приведён в приложении работы) показали, что они по своим характеристикам соответсвуют современным требованиям, имеют удельный расход топлива на нагрев металла меньше, чем предусмотренный нормативными документами для печей аналогичного назначения. Доля конвективного переноса теплоты к заготовкам в них может достигать в среднем 50 и более процентов. Поэтому результаты настоящей работы, посвященной исследованию аэродинамики и конвективного теплообмена — двум важнейшим составляющим рабочего процесса вертикальных нагревательных устройств, представляют большое практическое значение и будут способствовать более широкому их использованию в промышленности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Цель настоящей работы состояла в том, чтобы показать, что использование циклонного принципа движения греющего потока для совершенствования промышленных нагревательных устройств позволяет значительно интенсифицировать конвективный теплообмен при нагреве металла и за счёт этого повысить их технико-экономические показатели.

1. А.с.505714 СССР, МКИЗ С 21 D 9/00. Вертикальная печь для термической обработки / Э.Н. Сабуров, С.В. Карпов, М.А. Топоркова (СССР). № 204035/22-2; Заявл. 02.07.74; Опубл. 05.03.76, Бюл. №9.-2 с.

2. А.с. 1134869 СССР, МКИЗ F 27 В 15/00. Циклонная шахтная печь / Э.Н. Сабуров, С.И. Осташев, А.Н. Орехов (СССР). № 3653233/29-33; Заявл. 17.10.83; Опубл. 15.01.85. Бюл.№2.-4 с.

3. А.с. 126509 СССР, Кл 18с, 1002 Печь для безокислительного нагрева / А.У. Пушв-кин(СССР). - № 617628; Заявл. 26.01.1959; Опубл. 25.11.60, Бюл. № 5. - 2 с

4. А.с. 326228 СССР, МКИЗ С 21 D 9/00. Печь для термообработки / П.Н. Некрашенко, Л.Я. Писарев, А.П. Фесенко (СССР). № 1290525/22-1; Заявл.16.12.68; Опубл. 19.01.72, Бюл. №4.-2 с.

5. А.с. 924478 СССР, МКИЗ F 27 В 1/08. Циклонная шахтная печь / Э.Н. Сабуров, Ю.Л. Леухин, СИ. Осташев (СССР). № 2990518/29-53; Заявл. 08.10.80; Опубл. 30.04.82, Бюл. №16.-3 с.т

6. Алексеенко, С.В. Введение в теорию концентрированных вихрей / С.В. Алексеенко, П.А. Куйбин, В.А. Окулов. Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН, 2003. -504 с.

7. Аэродинамика и конвективный теплообмен в вертикальном циклонном устройстве для нагрева круглых массивных заготовок / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачёв, В. Гарен // Вестник Архангельского гос. техн. ун-та. Энергетика. / АГТУ. 2006. — С. 3 -10.

8. Балуев, Е.Д. Влияние конструктивных параметров на аэродинамику циклонных камер / Е.Д. Балуев, Ю.В. Троянкин // Теплоэнергетика. 1967. - № 2. - С. 67-71.

9. Балуев, Е.Д. Исследование аэродинамической структуры газового потока в циклонной камере / Е.Д. Балуев, Ю.В. Троянкин // Теплоэнергетика. 1967.-№ 1.- С. 63-65.

10. Брук, Ю.Г. Исследование движения газов и конвективного теплообмена в вертикальных рециркуляционных печах / Ю.Г. Брук, А.У. Пушвкин // Оптимизация металлургических процессов. М., 1971. - Вып.5. - С. 351—355.

11. Бухман, М.А. К расчету конвективного теплообмена в циклонной камере / Бухман М.А., Устименко Б.П. // Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. Алма-Ата, 1971. - вып.7. - С. 213-219.

12. Влияние формы и расположение заготовок на основные параметры нагрева в печах вихревого типа / С.Е. Барк и др. // Кузнечно-пггамповочное производство. 1975. -№ 12.-С. 33-36.

13. Влияние числа Рейнольдса на аэродинамику циклонной загруженной камеры / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен // Изв. высш. учеб. заведений. Лесной журнал 2007. - № 6. - С. 120-128.

14. Волчков, Э.П. О торцевом пограничном слое в вихревой камере / Волчков Э.П., С.В. Семенов, В.И. Терехов // Структура вынужд. и термогравит. течений / Ин-т теплофизики СО АН СССР. -М. 1983. - С. 51-87.

15. Волчков, Э.П. Пристенные газовые завесы / Э.П. Волчков. — Новосибирск: Наука, 1983.-239 с.

16. Вулис, Л.А. К вопросу об аэродинамической схеме потока в циклонной камере / Л.А. Вулис, Б.П. Устименко // Вопросы аэродинамики и теплопередачи в котельно-топочных процессах. М.: Госэнершиздат, 1958. - С. 176—1881

17. Вышенский, В.В. Изучение конвективного теплообмена в циклонной камере / В.В. Вышенский // Известия АН КазССР. —1961. — вып.2(20). С. 22-31

18. Глинков, М.А. Механика газов в печах скоростного нагрева стали / М.А. Глинков, А.А. Портнов // Изв. высш. учеб. заведений. Черная металлургия. — 1961. № 3. — С. 172-183.

19. Глинков, М.А. Огневое испытание камеры с циклонным движением газов и водо-охлаждаемым приемником в центре при горении вблизи поверхности кладки / М.А. Глинков, А.А. Портнов // Изв. высш. учеб. заведений. Черная металлургия. 1961. — № 5.-С. 184—188.

20. Глозпггейн, Я.С. Вертикальная рециркуляционная печь для термообработки крупных изделий / Я.С. Глозштейн, JI.M. Дядюченко, С.И. Лемлех / сборник трудов ВНИ-ПИтеплопроект.,- М., 1967. С. 113-124. . . : '.'л

21. Гольдштик, М.А. Вихревые потоки / М;А. Гольдштик. Новосибирск: Наука, 1981. -366 с. : : .

22. Гупта, А. Закрученные потоки / А. Гупта, Д. Лилии, Н. Сайред. М.: Мир, 1987. -588 с.

23. Деветерикова, М.И: К вопросу о влиянии торцевых перетечек на аэродинамику вихревой камеры / М.И. Деветерикова, Г1.М. Михайлов // Энергомашиностроение / Сб. науч. тр. ЛПИ. Л., 1968. -№ 297. - С. 52-55.

24. Долгов, В Н. Исследование конвективного теплообмена стенок пылеулавливающего циклона// В.Н. Долгов, А.П. Баскаков, Ю.М. Голдобин // Инж. физ. журнал. 1981. -41.-№4. С. 690-694.

25. Дружинин, Г.М: Исследование теплообмена конвекцией в! циклонной камере / Г.М. Дружинин, А.В: Арсеев // Горение; теплообмен и нагрев металла. М., 1973. - С. 191198.

26. Жукаускас, А.А. Теплоотдача цилиндра в поперечном потоке жидаости / А.А. Жу-каускас, И.И. Жюгжда. Вильнюс: Мокслас, 1979. -240 с.

27. Иванов, Ю.В. Аэродинамика вихревой камеры / ГО.В. Иванов, Б.Д. Кацнельсон, В.А. Павлов // Вопросы аэродинамики и теплопередачи в котельно-топочных процесг сах. М.:Госэнерпоиздат, 1958.-С. 100-114. .

28. Идельчик, И.Е. К вопросу о гидравлическом сопротивлении циклонов // И.Е. Идельчик /Инж.-физ. журнал. 1969. - №5: - С. 899-901.

29. Интенсификация теплообмена в нагревательных печах / Б.С. Сорока и др. // Газовая промышленность. 1971. — №3. - С. 34-39.

30. Исследование обтекания круглых цилиндров, смещенных с аэродинамической оси циклонного потока, при помощи LDA и программного комплекса CFX / Ю.Л. Леухин,

31. Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен // Опыт Российско-германского сотрудничества в области науки и образования: материалы международной научно-практической конференции: АГТУ. Архангельск, 2005. - С. 30-45.

32. Исследование пограничного слоя на поверхности цилиндра в циклонном потоке / Э.Н. Сабуров и др. // Изв. вузов. Энергетика. 1977. - № 6. — С. 86-93.

33. Исследование теплоотдачи цилиндрической вставки в циклонном потоке / С.В. Карпов и др. // Российский национальный симпозиум промышленной энергетики РНСПЭ. 10-14 сентября Казань, Россия. Казань, 2001. - с. 325-328.

34. К аэродинамике вертикальных циклонных нагревательных устройств / И.А.Усачев, Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, В. Гарен // Наука — северному региону: Сб. науч. тр./АГТУ. Архангельск, 2006. - Вып. 67. - С. 334 - 341.

35. Калишевский, JI.JI. Структура потока и аэродинамические характеристики циклонной камеры при горении /Л.Л. Калишевский//Теплоэнергетика. 1958. — №2.-С. 2733.

36. Каменыциков, Ф.Т. Вопросы механики вращающихся потоков и интенсификация теплообмена и ЯЭУ / Ф.Т. Каменыциков, В.А. Решетов, А.Н. Рябов. — М.: Энершатом-издат, 1984. 176 с.

37. Карпов, С.В. Высокоэффективные циклонные устройства для очистки и теплового использования газовых выбросов / С.В. Карпов, Э.Н. Сабуров. Архангельск: Из-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2002. - 504 с.

38. Карпов, С.В. Конвективный теплообмен в циклонной загруженной камере // С.В. Карпов, Э.Н. Сабуров / Изв. вузов. Энергетика. 1993. - № 1-2. - С.80-84.

39. Карпов, С.В. Методика расчета аэродинамических характеристик циклонных камер // С.В. Карпов, Э.Н. Сабуров / Хим. и нефт. машиностроение. — 1977. № 7. -С.20-22.

40. Карпов, С.В. О расчете движения газов и теплоотдачи на периферии циклонногопотока // С.В. Карпов, Э.Н. Сабуров / Инж.-физ. журнал. -1986. Т.51. - № 6. - С. 902908.

41. Кутателадзе, С.С. Аэродинамика и тепломассообмен в ограниченных вихревых потоках / С.С. Кутателадзе, Э.П. Волчков, В.И. Терехов. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1987.-282 с.

42. Лемлех, С.И. Опыт работы вертикальных рециркуляционных печей на газовом топливе // С.И. Лемлех, П.М. Либман / Газовая промышленность. 1970. - С. 27-30.

43. Леухин, Ю.Л. Аэродинамика и конвективный теплообмен в циклонных нагревательных устройствах с периферийным выводом газов: автореф. дис.канд. техн. наук: 05.14.04 / Леухин Юрий Леонидович. Ленинград, 1984. - 20 с.

44. Леухин, Ю.Л. Особенности обтекания заготовки, смещенной с оси рабочего объема циклонного нагревательного устройства / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев // Вестник СГТУ. Саратов, 2008. - № 1 (31). Выпуск 2. - С. 168-176.

45. Леухин, Ю.Л. Особенности обтекания цилиндра, смещенного с аэродинамической оси циклонного потока / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, Д.В. Васильев // Изв. высш. учеб. заведений. Энергетика. 1999. -№ 3. - С. 56-62.

46. Ляховский, Д.Н. Исследование аэродинамики циклонной камеры / Д.Н. Ляховский // Вопросы аэродинамики и теплопередачи в котельно-топоч. процессах. М., 1958. — С. 114-150.

47. Меркулов, А.П. Вихревой эффект и его применение в технике / А.П. Меркулов. — Самара: Оптима, 1997. 355 с.

48. Методика расчета циклонных секционных нагревательных устройств с соосным расположением заготовки / С.И. Осташев и др. // Вестник АГТУ, серия «Энергетика». Архангельск, 2006. - Вып. 63. - С. 69-85.

49. Михайлов, П.М. Исследование конвективного теплообмена в вихревых нагревательных устройствах // П.М. Михайлов, Э.Н. Сабуров / Изв. высш. учеб. заведений.

50. Энергетика. -1966.-№ 11.-C.l 10-113.

51. Михайлов, П.М. К аэродинамике вихревых нагревательных устройств // П.М. Михайлов, Э.Н. Сабуров / Изв. высш. учеб. заведений. Энергетика. 1966. - 10. - С. 119— 121.

52. Михайлов, П.М. О влиянии загрузки вихревой камеры на ее аэродинамические характеристики / П.М. Михайлов, Э.Н. Сабуров // Энергомашиностроение. М.: JL, 1966.-с. 25-28.

53. Михайлов, П.М. О влиянии условий входа и выхода греющего потока на аэродинамику вихревых нагревательных устройств // П.М. Михайлов, Э.Н. Сабуров / Кузнеч-но-пггамповочное производство. 1966. - № 12. — С.40—42.

54. Нахапетян, Е.А. Исследование изотермического циклонного потока на модели топочной камеры / Е.А. Нахапетян // Вопросы аэродинамики и теплопередачи в котел.-топоч. процессах. -М. JL: Госэнергоиздат, 1958. - С. 150-165.

55. Некоторые особенности обтекания цилиндра, смещенного с аэродинамической оси циклонного потока / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов / АГТУ. Вып. IV. -1998.

56. О влиянии размеров, формы и положения садки на аэродинамические характеристики вихревых нагревательных устройств / Э.Н. Сабуров и др. // Кузнечно-пггампо-вочное производство. 1967. -№ 12. - С. 32-34.

57. О расчете теплоотдачи цилиндра, обтекаемого соосным с ним циклонным потоком / Э.Н. Сабуров и др. // Изв. вузов. Энергетика. 1977. -№ 10. - С. 102-107.

58. Обтекание цилиндра, смещенного с оси циклонного потока / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен // Материалы IV российской национальной конференции по теплообмену. Москва, 2006. - Том 2. - С. 179-183.

59. Особенности обтекания и теплоотдачи цилиндра, смещённого с оси циклонногопотока / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен // Изв. высш. учеб. заведений. Проблемы энергетики. 2008. - № 3-4. — С.20-31.

60. Осташев, С.И. Расчёт циклонных секционных нагревательных устройств / С.И. Осташев, Э.Н. Сабуров. — Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2008. — 199 с.

61. Пасконов, В.М. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена / В.М. Пасконов, В.И. Полежаев, Л.А. Чудов. -М.: Наука, 1984.-288 с.

62. Патанкар, С.В. Численные методы решения задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течениях в каналах / С.В. Патанкар. — М.: Изд-во МЭИ, 2003. — 312 с.

63. Печи скоростного конвективного нагрева / А.Л. Бергауз и др. // Кузнечно-штампо-вочное производство. — 1978. — №3. С. 34-36.

64. Пиралишвили, Ш.А. Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения / Ш.А. Пиралишвили, В.М. Поляев,М.Н. Сергеев.-М.:УНПЦЭнергомаш, 2000.-412 с.

65. Повх, И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1974. - 480 с.

66. Портнов, А.А. Особенности внешнего теплообмена в малых камерах при циклонном движении газов / А.А. Портнов // Металлургическая теплотехника. — М.: Металлургия, 1975. №4. - С. 138-144.

67. Приходько, А.А. Компьютерные технологии в аэрогидродинамике и тепломассообмене / А.А. Приходько. Киев: Наукова Думка, 2003. - 379 с.

68. Пуговкин, А.У. Рециркуляционные пламенные печи в машиностроении / А.У. Пу-швкин. Л.: Машиностроение, 1987. - 158 с.

69. Разработка экспериментального стенда и исследование с помощью LDA аэродинамики циклонного нагревательного / Ю.Л. Леухин, Э.Н. Сабуров, И.А. Усачев, В. Гарен // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов /

70. АГТУ. Архангельск, 2004. - Вып. IX. - С. 136-143.

71. Ринкевичус, Б.С. Лазерная диагностика потоков/ Под ред. В.А. Фабриканта. М.: Изд-во МЭИ, 1990.-287 с.

72. Сабуров, Э.Н. Аэродинамика вертикальной циклонной печи для группового нагрева заготовок / Э.Н. Сабуров, М.А. Топоркова // Кузнечно-штамповочное производство. -1973.-№6.-C.4(M3.

73. Сабуров, Э.Н. Аэродинамика и конвективный теплообмен в циклонных нагревательных устройствах / Э.Н. Сабуров. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1982. - 240 с.

74. Сабуров, Э.Н. Аэродинамика циклонных нагревательных устройств / Э.Н. Сабуров, С.И. Осташев.-Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2005.-288 с.

75. Сабуров, Э.Н. Влияние размеров садки на аэродинамику циклонно-вихревой нагревательной печи / Э.Н. Сабуров, М.А. Топоркова // Науч. тр. АЛТИ: Вопр. теплообмена и аэродинамики в пром. теплотехнике. — 1973. Вып. 39. - С. 15-22.

76. Сабуров, Э.Н. Исследование конвективного теплообмена в вертикальной циклонной нагревательной камере с одиночной заготовкой // Э.Н. Сабуров, С.В. Карпов / Изв. вузов. Энергетика. 1976. -№ 5. - С. 76-82.

77. Сабуров, Э.Н. Исследование теплоотдачи цилиндра в стабилизированном закрученном потоке с параллельной ему аэродинамической осью / Э.Н. Сабуров, Ю.Л. Ле-ухин // Энергетика и транспорт (Изв. акад. наук СССР). — 1979. №2. - С.162-165.

78. Сабуров, Э.Н. Исследование теплоотдачи цилиндрической вставки, соосной с рабочим объемом циклонной камеры / Э.Н. Сабуров, С.И. Осташев // Изв. высш. учеб. заведений. Энергетика. 1979. - № 6. - С. 66-72.

79. Сабуров, Э.Н. Исследование теплоотдачи цилиндров, смещённых с оси потока в циклонной камере / Э.Н. Сабуров, Ю.Л. Леухин // Изв. высш. учеб. заведений. Энергетика. -1979. № 9. - С. 55-60.

80. Сабуров, Э.Н. Конвективный теплообмен в циклонных нагревательных устройствах / Э.Н. Сабуров, С.И. Осташев. Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2004. -192 с.

81. Сабуров, Э.Н. О методике расчета аэродинамики циклонно-вихревых нагревательных устройств / Э.Н. Сабуров, С.В. Карпов // Изв. вузов. Энергетика. 1975. - № 8. -С. 71-77.

82. Сабуров, Э.Н. О некоторых особенностях аэродинамики циклонных камер в неавтомодельной области течения потока / Э.Н. Сабуров, С.В. Карпов // Изв. вузов. Энергетика. 1974. -№11. - С.60-66.

83. Сабуров, Э.Н. О сопротивлении циклонных камер в неавтомодельной области течения потока / Э.Н. Сабуров, С.В. Карпов // Инж.-физ. журнал. 1975. - Т.28. - № 2. -С. 354-355.

84. Сабуров, Э.Н. Теория и практика циклонных сепараторов, топок и печей / Э.Н. Сабуров, С.В. Карпов. Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2000. - 568 с.

85. Сабуров, Э.Н. Тепловой расчёт циклонных нагревательных устройств / Э. Н. Сабуров, А.Н. Орехов, С.И. Осташев. Л.: ЛТА, 1988.-79 с.

86. Сабуров, Э.Н. Теплообмен и аэродинамика закрученного потока в циклонных устройствах / Э.Н. Сабуров, С.В. Карпов, С.И. Осташев. Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. - 276 с.

87. Сабуров, Э.Н. Теплоотдача на боковой поверхности цилиндрической нагревательной камеры с закрученным движением теплоносителя / Э.Н. Сабуров, Ю.Л. Леухин // Изв. вузов СССР. Энергетика. 1985. - № 5.

88. Сабуров, Э.Н. Циклонные нагревательные устройства с интенсифицированным конвективным теплообменом / Э.Н. Сабуров. Архангельск: Сев.-Зап. кн. изд-во, 1995. -341 с.

89. Сабуров, Э.Н. Циклонные устройства в деревообрабатывающем и целлюлозно-бумажном производстве / Э.Н. Сабуров, С.В. Карпов. -М.: Экология, 1993. — 368 с.

90. Сабуров, Э.Н. Экспериментальное исследование теплообмена цилиндра в стабилизированном закрученном потоке / Э.Н. Сабуров, С.В. Карпов // Изв. АН СССР. Энергетика и трансп. 1976. - № 3. - С. 166-169.

91. Сидельковский, Л.Н. Циклонные энерготехнологические установки / Л.И. Сидель-ковский, А.П. Шурыгин. — М.: Госэнергоиздат, 1962. 80 с.

92. Смульский, И.И. Аэродинамика и процессы в вихревых камерах / И.И. Смульский. Новосибирск, 1992. - 300 с.

93. Стерлигов, В.В. Применение планирования эксперимента при исследовании конвективного теплообмена / В.В. Стерлигов, В.Ф. Евтушенко, В.И. Зайцев // Изв. высш. учеб. заведений. Черная металлургия. 1974. - № 2. - С. 165—169.

94. Страхович, К.И. Некоторые результаты исследования аэродинамики вихревых загруженных камер / К.И. Страхович, П.М. Михайлов, Э.Н. Сабуров // Изв. высш. учеб. заведений. Энергетика. 1968. - №4. - С. 43—49.

95. Телегин А.С. Теплотехнические расчеты металлургических печей / А.С. Телегин. — М.: Металлургия, 1982. 360 с.

96. Терехов, В.И. Аэродинамика и тепломассообмен в ограниченных закрученных потоках: автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.14.05 / Терехов Виктор Иванович. Новосибирск, 1987.-32 с.

97. Юб.Троянкин, Ю.В. Аэродинамическое сопротивление и совершенство циклонной камеры / Ю.В. Троянкин, Е.Д. Балуев // Теплоэнергетика. — 1969. — № 6. — С.29-32. 107.Устименко, Б.П. Процессы турбулентного переноса во вращающихся течениях /

98. Б.П. Устименко. Алма-Ата: Наука КазССР, 1977. - 228 с.

99. Ш.Циклонныетопки/Г.Ф. Кнорре и др.. Л.: Госэнершиздат, 1958.-216 с. 112.Численное моделирование вихревой интенсификации теплообмена в пакетах труб / Ю.А. Быстров. - СПб.: Судостроение, 2005. - 392 с.

100. Численные методы исследования течений вязкой жидкости / A.M. Го смен и др. -М.: Мир, 1972.-323 с.

101. Штым, А.Н. Аэродинамика циклонно-вихревых камер / А.Н. Штым. Владивосток: Из-во Дальневосточного ун-та, 1985. - 200 с.

102. Щукин, В.К. Теплообмен, массообмен и гидродинамика закрученных потоков в осе-симметричных каналах /В.К. Щукин, А.А. Халатов.-М.: Машиностроение, 1982.-200 с.

103. Якубов, Г.В. Исследование некоторых закономерностей движения потоков в циклонных камерах: автореф. дис.канд. техн. наук: 05.14.05 / Якубов Григорий Васильевич. Алма-Ата, 1971. - 23 с.

104. Buchhave, P. The measurement of turbulence with the lazer Doppler anemometer / P. Buchhave, W.K. George //Ann. Rev. Fluid Mech. 1979. V. 11. - p. 443 - 503.

105. Hodgetts, D.V. High speed heating / D.V. Hodgctts // l.G.E.Journal.-Sept. 1973. p. 281284.

106. Jacobs, J. Turbulente Mischung in Zyklonbrennkammern / Jacobs, J. — Diss. Universitat Karlsruhe, 1974.-170 S.

107. Optical diagnostics for flow processes. / Eds. L. Lading, G. Wigley, P. Buchave. New York and London: Plenum Press, 1994. 398 p.

108. Ruck, B. Laser-Doppler-Anemometrie / B. Ruck. Stuttgart: AT-Fachverlag GmbH, 1990. -144 S.

109. Test measurement with Dantec LDA system / I. Usatschjov, M. Muller, L. Popelka, S. Koch // Internal Report of CTU / Prague, 2003. U207.1 VZ 182/03. - p. 1-14.

110. Tomeczek, J. A convective heat transfer coefficient.in a highly circulation reheating furnace / J. Tomeczek, W. Komomicki // Jnt. J. Heal and Mass Transfer. 1984. - Vol.27. - №8. -p. 1149-1155.

111. Tomeczek, J. The mechanism of heat transfer in a reheating furnace with highly circulating gases / J. Tomeczek, W. Komomicki // Arch. Hutn. 1980. - №25. - p. 53-61.