автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Научно-технические основы разработки компактных теплообменных аппаратов систем низкотемпературной техники

одаыса інсешт исьнстезіердптної техніки тд аитггики

РГ6 ол

-- ^ І -і о : ^ правах рукопису

ЛРИХУІА Валерій Васильович

НАУКОВО-ТЕХНІЧНІ ОСНОВИ РОЗРОБКИ К0Ш1АКТШХ ШШООШІННИХ АПАРАТІВ СМСТШ НИЗЬКОТШІЕРАТУРНОЇ ТЕХНІКИ

Спеціальність 05.04.03 - Машини та апарати холодильної

і кріогенної техніки та систем

кондиціювання

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук

Одеса - 1993

Робота виконана в Одеському інституті низьиотеинратурної техніки та енергетики. '

Офіціальні опоненти:

- доктор технічних наук, професор ЗАГ0ЮЙК0 В.О.

- доктор технічних неук, професор

КАНІВЩЬГЄ. '

- доктор технічних наук, професор 04ИНЮВ Г.4.

Провідна організація - науково-виробниче об’єднання

^исеньмал", м.Цдеса

годині на засіданні спеціалізованої ради яри

Одеському інституті низькотемпературної техніки та енергетики за адресою: 270100> м.^деса, вул.^етра великого, ^. •

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці інституту,

Автореферат розісланий и /-!" 'І0 р.

вчений секретар спеціалізованої

ради ’

*\к.аікульшин

ЗАГАЛЬНА ХАШТЕБІСША РСБОГИ

АКТУАЛЬНІСТЬ РОБОТИ. Основні тецденції розвитку енергомшшнобудівного коміяексу в уиовах радикально загостреної проблемі раціональною та ефективного використання паливно-енергетичних ресурсів визначаються зниженням метало- та бнергоиі сткості продукці ї, впровадженням науковомі стких прецизійних технологій її виробництва та експлуатації. Підвищення ефективності і зниження собівартості енергетичного устаткування значною гаре» зумовлене процесами трансформації теплової енергії в теплообмінних еператвх. Розробка високоефективної та компактної теплообмінної епаратурл е умовою успішного розвитку холодильного та кріогенного обладнання* підвищення його технічних, економічних та природоохоронні» показників. Перевагу у виробництві теплообмінників слід надавати апаратам, що реалізують найбільш інтенсивні процеси теплопереносу і високі гідравлічні навант&хення. коли ефективний метод інтенсифікації теплообміну забезпечений в умовах серійного виробництва енерго- та природозберігезчоз технологією виробництва, що гарантує економію дефіцитних матеріалів. В зв’дзку з цим актуального значення набувають питання подальшого підвищення тєплогідравлі чної ефективності теплообмі нної апаратури та зниження її маси.

Досить повно цим вимогем ві дпові дшть матричні теплообмі нні апарати, порівняна простота конструкції псих разом з розробленими високопродуктивними технологічними прийомами виробництва визначають їх конкурентну здатність на ричку промислової теплообмінної апаратури. .

л ь ТА Та ЗАЬДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ, яіетоз роботи є створення науковій основ, забезпечуючих розробку, повноту проектування та промислове освоєння компактних ТМ інтенсивної теплотехнології, використовуючи прогресивні способи виробництва. Досягнення цієї цілі забезпечено одночасним рішенням двох фундаментальних проблем: створенням теоретичних основ проектування І**; розробкою та довгостроковим забезпеченням технології виробництва !“і. Ари цьому вирішені слідуючі задачі: розробка структурно-топологічної моделі і класифікації ТМ, на основі дож визначена методологія та принципи дослідження; обгрунтування фізичної моделі робочого процесу та вивчення гідродинамічної . структури потоків теплоносіїв в каналах ЇМ при поперечному об-

тіканні ПД і сіток; визначення методами параметричного аналізу ' потенціальних характеристик теплообміну та опору на рівні середніх і локальних значень, одержання катодами теорії подібності ешіричних кореляцій в широкому діапазоні режимних і експлуатаційних параметрів, що забезпечать повноту проектування Т^; дослідження раціональних реогаів експлуатації Тм, щ0 виявило ков-курупчі механізми переносу та забезпечило експлуатаційну надійність результатів; визначення експлуатаційних параметрів і технічних характеристик ЪЬ при вицушеноглу русі в їхніх каналах киплячих холодильних агентів з метою створення компактних повітроохолоджувачів; вивчення теплофізичних властивостей ортогонально анізотропних композиційних матеріалів, створюваних в процесі виробництва ТЫ, виявлення границь деформаційної стійкості цих матеріалів і структурної сумісності,. вклачаочи аналіз концентраційного складу та температурно-силових впливів на ефективні коефіцієнти переносу, обгрунтування теоретичної моделі для розрахункового визначення ефективних коефіцієнтів теплопровідності та теплоємкості; вдосконалення методів проектування високоефективних теплообмінних апаратів на основі обліку переносу потоісів тепла в стінках, використовуачи методи поетапного моделювання, гібридизації математичних моделей та побудови гранично слрязєнях моделей, обгрунтування процесу конвективно-коцдуктивного переносу теплоти в И та виявлення факторів керованого впливу за рахунок зміни конструктивних і. технологічних параметрів ТИ; розробка високопродуктивних технологій і практичних рекомендацій для виробництва основних типів для холодильної і кріогенної техніки на основі відомих та принципово новірс методів виробництва КМ, визначення основних параметрів цих процесів на основі аналізу структурних взаємодій в зоні з'єднань; дослідження впливу технологічних параметрів процесу і конструктивних особливостей ТМ на механічні і теплофізичні властивості КМ, обгрунтування стратегії довгострокового розвитку виробництва ТМ, експертна оцінка режимних параметрів, створення обладнання для інженерного забезпечення розроблених технологічних процесів в умовах промислового виробництва; обгрунтування створених нових технологій у виробництві традиційно використовуваних теплообмінних апаратів при умовах підвищення їх теплогідравлічнох ефективності , економії дефіцитних матеріалів та одночасового онизання працемісткості і собівартості виробництва.

Теоретична частіша роботи вклачаз: іюделввання процесів те-мопереносу в каналах і стінках Ті, обгрунтування і реалізацію чисельних моделей теплового стену її*, порівняну оцінку теплогі д-равлічної ефективності Ьа, шделпвання процесів переносу теплота в композиційних матеріалах, форцуачих стінки ЇМ. ЧИСельний гксперимент використаний в ході розробки фізичних і обгрунтування математичних моделей процесі в теплопереносу. Ьксперимен-гальиая фізичниші кетодеми (калориметричними, методом аналогії іроцесів переносу теплоти і насн, візуальний) визначені параїгет-?л переносу в каналах ТН при рухові одно- і двофазних потокі в ■еплоносі ї в, проведені натурні дослідаення розроблених і виго-'овлекгас теплообмінних аператів. У відповідності з дерзавними ітандартами визначені механічні та теплофізичні властивості ані-отропних ^ стінок И. Розробка технологічного процесу виробника матричних теплообиінкиків та їх виготовлення проведені на творених лабораторних та дослідно-промислових установках мето-аии виробництва багатоварових Приймальні вшробувєння дос-ідно-проиислових зразків кеаві домчиш комісіями проведені у ідаовідаості з І5,СЮІ_73.

п а і л О Ь а ИоЬиЗіїА Р О і> О Т Я полягав в створені теоретичних основ і одержанні нового експериментального матеріалу, цо забезпечує повноту проектування ^ різноаанітних ти-ів. вирішені фізично обгрунтовані завдання діагностики гідрав-гчних структур та регашів в каналах із сіток та НЬ, визначе-г напрямки інтенсифікації процесів конвективного переносу і ітансБлено умови їх оптимальної реалізації, розроблені та реа-зовані математичні моделі проектування високоефективних теп-зоомінних апаратів, що гарантують зиаення коефіцієнтів зєпа-і за рахунок використання прогресивних кетодів теплових розра-.таїв. 'тукове обгрунтування нової технології виробництва М і ывим;н;евих сплавів, підтвердаеної створенням і практичним іреьадзеннян ряду матричних теплооОшнках апаратів, здійснено умовах експеріиіеніьльно обгрунтованої теоретичної гіпотези ю керований, продає о дерзання коиіозиційного матері аду ЇЙ з іднними ф: зико-кехьні чнима властивостями.

'-деряь.; автором теоретичні, ехспершенталькі та практичні зульїаіи с ниьими і ь сукупності з науковими полозенняки доз-ляоть теоретично обгрунтувати і вирішити наукову проблему, цо ’ с веьлиее народногосподарське значення та забезпечує пряско-

ренвд науково-технічного прогресу. -

ОСНОВНІ РЕЗУі ЬТА'ТМ; '

і. ('труктурно- топологічна модель та класифікація ^, що містить у собі як основні конструктивні типи так і специфі-

чні методи їх виробництва, обгрунтування системного принципу "технологі я-конструкці я" для розробки теплообмінних апаратів.

£. Гідравлічна модель структура і картини течії одкоф зних потоків в каналах із сіток та ПИ при їх відмінному розташуванні , узагальнений підхід і аналіз граничних гідравлічних реаиіав.

*э. ■Механізм конвективної взаємодії, що визначаз перамзтрп ний вплив інтенсифікуючих факторів на теплообмін в каналах метода форсованого керування процесом теплообміну.

4. Експериментальні дані, багатопараметричні критеріальні рівняння і узагальнзючі запеклості, що описуать процеси в кане лєх та обгрунтовують теплогідраздічну ефективні сть тепяопередг

чі в ^М. , '

5. Фізичні моделі теплопровідності анізотропних ^ стікоа

узагальнений підхід до аналізу теплопровідності цих матері

лі в, аналітичні залекності та експериментальні дані дня розра-

хунку ефективної теплопровідності Кй, цо виготовляться за КО] ми створеними ТЄХНОЛОГІЯМИ.

6. Математичні моделі, цо описують, тепловий стан високоєі ктивних рекуператорів і враховують специфіку конвективно- кок дуктивної взаємодії в них; диферекційні рівняння процесів тел лопереносу в умовах спряденої та гранично спря~*.екої задач, а таког формули, що апроксимуэть одерзані рішення.

7. Методологія проектування високоефективних теплообніш; апаратів, повнота якої забезпечена розробленими математичний

•моделями, одержаними новими критеріальніїми залегшосткім, анаї тичними і чисельними зелегностями.

8. Технологія виготовлення кзталополік-зрних ^ із сіток нова прецізійна високопродуктивна технологія виробництва ^ і ашяшєвих або мідних заснована на використанні синтезоі ної багатокомпонентної оксидної композиції; махашзм боєзмод в зоні з’єднання та експериментальне обгрунтувагшя технологі ннх режимів, що зеЗ.езлечуать, залегко від призначення до нення зедаких функціональних і конструкційних властивостей К

loro стінок.

y. ^еісоігевдаці ї по розробці і конструювання матричних те-їлообмінних апаратів із сіток та ^ при вицупеному русі в ка-іалах Тс4 одно- та двофазних потоків, одержані на основі структурного та параметричного еналізу нових науковій і практичних >езультатів.

пАЖОЬІ її О 2 0 і Ь Н h ht Ц 0 ЗАХИЩАЮТЬ. h Ь РОБОТІ; ’

і. Запропоновані гідравлічні моделі потоку теплоносія в ганалах ^ дозволяють обгрунтувати структуру течії, способи ке-іування н© і напрямки вдосконалення коняахтних теплообмінників.

інтенсій|іі каці я теплообміну в каналах Хм j3 Ш визначає-ъся середньо» тепловіддачез в отворах перфорації спільно з дарнсю взаємодією "струминний поті к-матряця" та забезпечуєть-;я зміною пористості каналу за рахунок відстані між матрицями іри значенні параметру р =

Розроблені математичні моделі рекуператора відбивготь ;арактер взаємодії конкуруючих ігєхонізїя в теплопереносу в теп-юобшнному япаран і сумісно з отримано емпірачнсо інформа-[і ею визначної\ повноту проектування високоефективних ЇИ.

Творена технологія виробництва ^ із агамінієвкх мідних) забезпечує найбільш високу теплогідравлічну ефек-ивність теплообмінного апарату, керований діапазон зміни кое-ііцієнту анізотропії ( U\ = ^ ), а такоа надійну та .

тійку реалізацію проектних реяикних і технічних показників еплообиі нних апарат: в.

ПР аліііЧлА іч і гі її 1 ОТ Ь РоізОТ І"1#Ь розуль— аті теоретичних та-експериментальних дослідаень, організованих виконаних в системі "конструкці я-технологі я", одерзані нові ислоЕ- та аналітичні дані, ясі забезпечать повноту проекту-ання, розробки і аналізу нового типу рекуператорів - матричних еплообиінних апаратів. перле проблема розглянута для всієї ізноканітності 3 урахуванням взаємодії процесів тепдоперэ-осу'в конструктивних елементах теплообмінників, вклэчгэчн та-і принцип зо важливі питання, як гідравлічна структура пото-і в теплсносЛь, анізотропія теплопровідності конструкційного а;ер;ал> ст*нок ^а, теплоперенос в одно- і двофазних потоках єплоносіїв. ^становлення зв’язку теплової взаємодії в ^ без

додаткових обмежень можуть бути поширені на відомі типи рекуператорів при створенні високоефективних апаратів з форсованим робочим процесом, ^ібрвно та узагальнено великий обсяг нової інформації пс коефіцієнтах переносу в каналах і теплофізичних властивостях ^, армованих сі ткаки та тонкошаровими склад-нопрофхльниш пластинами; визначені принципи та умови, що забезпечують функціональні та конструктивні властивості цих матеріалів. Розроблені, досліджені і захищені авторськими свідоцтвами базові технології виробництва Ти. Технологія зверзвання Гі4 із алюмінієвих і мідних пластин не має аналогів у світовій практиці виробництва як теплообмінної апаратури, так і багатошарових ли і складнопрофільних конструкцій, ^творено унікальне технологічне обладнання для виробництва матричних теплообмінних апаратів. Творені та впроваджені в практику різноманітні типи Т«4 і конвективні поверхні і нтенсішного тєллообія ну. Розроблені нові конструкгорсько-технологічні рішення використані у виробництві традиційних теплообмінних апаратів, цо дозволяє внести в практику розробки теплообмінної апаратури термін "матрична технологі я”.

РЕАЛІЗАЦІЯ іьЗУДЬІ йі і о л и и і Д-$ Е Н Н Я. Спільно з "ОибКріотехніка” (м. ^мськ) здійснена розробка матричної теплообмінної поверхні бортового кондиціонера для підтримання термовологісного реаааіу відсіку орбітальної космі.чної станції "%р". Ьиготовлені, випробувані та впроваджені матричні теплообмінні апарати для систем каскадного охолодження, розроблені "коліном (м. йосква ). -Розроблені та вйготовлені методами матричної технології для заводу ЗВІ (м. ^осква) теплообмінні модулі блоку сиолодаення медицин-ського лазера. -Розроблені та виготовлені різні типи матричних позітроохолодників з аалазійноа перфорацією для "°ріон"

(м. Цдеса ), "^осія", "^бкріотехніка" (м. ^мськ ). ^о-вітроохолодникй призначені для автомобільних кондиціонерів, систем кондиціювання повітря автокрану "Сибіряк", всього виготовлено та успішно експлуатується понад 200 матричних теплообмінних апаратів. Знаходяться в експлуатації у №0 "Сибкріоте2-ніка" пакети прикладних програм для проектування та передпро-ектного аналізу теплообмінних апаратів За програмою шнзідоілїао комісією прийнята технологія виробництва мєталопо: гггрнісг теплообмінників і Тії і3 шимгнієе:їх а таїгоз дослід-

ні зразки матричних теплообміннкнів. Матеріали із впровадження зібрані в Додаявнг до дисертації.

Результата дослі'даень реалізуються в навчальному процесі пра читанні леацій по курсу "Теплопередача", "Иизькотетературні териовологісні процеси та установки", "Енергетичний комплекс проггислових підпрпекств".

АПРОБАЦІЙ РОБОТИ, 0сновні результата дисертації були повідомлені та обговорені на наукових конференцій^ ОТІХІі (м. Одеса, - 1^®0р. р. ), а теаоз на шпнародшпс, всесоюзних і республіканських науково-техні чн:сс конференціях: Всесоюзна науково-технічна нерада "^творення і застосування трубчастої та пластинчастої теплообцінної апаратури"'(м. Таллінн, 1^4 р. ) ; Друга Ьсессззна науково-технічна конференція молодих спеціалістів з холодильної техніки і технології (м. Москва, р. ) ; ^ікнародккй конгрес з холоду (м. ^осква, 1^*75 р. ) ; ЬСесоазна конференція " Совершенствование процессов, мааин и аппаратов холодильной и криогенной техники и кондиционирование воздуха" (м. їезкент, р. ); ЬСессшзна нарада "Математическое моделирование и системный анализ теплообкзнного оборудования" (м. &иїв, 1&?а р. ); ЬСесаозна науково-технічна конференціп "Тепломассообкен-^і" (м. Мінськ, р. ) ; Республіканська науково-технічна конференція " ^овыаение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств" (м. Дніпропетровськ, р. }; Всесоюзний семінар "Особенности изготовления теплообменников" (м. ^оетва, 1990 р.);

ЬсесоэзниЯ семінар ’’^аучно-технические проблемы криогенной техники и кондиционирования" (м. москва, р. ); ^ Національна науково-технічна конференція ”приогеника-&> (м. %ага,

р. ); всесоюзна науково-технічна конференція ^икрозрио-генная техника-^*" (и. ^ыськ, р. ) ; Ьсессозна наугова конференція "^овьтение эффективности, совераенствование процессов и аппаратов химических производств" (м. Харків, 1-85 р.) ; &св~ ссаззна науково-практична конференці я "Интенсификация производства и применение искусственного холода" (іл. ^енінград, І^Збр,); УШ іЗікнародна конференція "^риогекика-^" (и. ^рага, 1986 р. ) ; всесоюзна науково-техні чна конференці я "Цримененае полимерных композиционных материалов в маляшостроении" (м. Ворошиловград, 1УЬ7 р.) ; ^ігнародний форум "^еплоігасосбі/зн-^^" (м. ^ікськ, ІУЬЗ р. ) ; -Ьсессяззна наугово-празтична конфзргкція "^ута кктза-

сификации производства с применением искусственного холода в отраслях агропромышленного комплекса, торговле и на транспорте"

(ы. Одеса, p. ) ; Республіканська науйово-техніода конференція "Математическое моделирование и оптимизация проішшленно-го и транспортного теплообменного оборудования" (м. Севастополь, 1990 р. ) • Ьсес0ЮЭНа наукова конференція "Научные основы создания энергосберегающей техники и технологии" (и. Москва, 2990р.); Всесоюзна науково-технічна конференція "Достиеєния и перспективы развития диффузионной сверки" (ы. иосква, i9%0 p.); X родна конференція "^риогеника-90" { м. Кошице, *990 Всесоюзна наукова конференція "Интенсивное энергосбереаение в промышленной теплотехнологии" (ы. ^осква, І990 р. ) -} Всесоюзна науково-технічна конференція ’’^олод - народному хозяйству" (м. Ленінград, І99І р.); Республіканська науково-технічна конференція "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств" (м. Дніпропетровськ, І99І р.); Всесоюзна науково-практична конференція ”**овые технологии и'оборудование для сварки, пайки и вакуумных спецпроизводств в приборостроении” (м. О'аратов, ^991 р.); Російська науково-технічна конференція "^овые материалы в технологии машиностроения" (и. москва, р.); Міанародна наукова конференція "Ост_Бест-$орум" (м. Берлін, i9&d р.); Науково-технічна конференція країн "новые технологии машиностроения* (м. ^осква, І99Ь p.); ^ауково-практичний семінар "Изготовление теплообменной аппаратуры” (ы. ^осква, £993 p. ) . . .

Експонати патричних теплообмінних апаратів, розроблених і виготовлених за результатами роботи, демонструвались в Німеччині (IS9I p.)f ка ВДііГ СРСР (бронзова медаль, ^978 p.), на УРОР ї диплом третього ступеня, І97Ь р. ; диплом первого ступеня, І978 p.), на республіканській виставці "Новые виды продук-*ции, намеченные к випуску в *990 г." (диплом другого ступеня,

■1990 р.).

. ПУБЛІКАЦІЯ Р Е З У Л Ь ї А Т і to. За темсю дисертації опубліковано понад 60 робіт, в яких відображені основні результати. Одер&ано ^0 авторських свідоцтв на винаходи, а також шість позитивних рівень за заявками на видачу патента ^

jmj9se р,р, . .

СТРУКТУРА ТА О Б G ft Г ДИСЕРТАЦІЇ. Дисертація ехладавтьсл із вступу, п'яти розділів, основюк еио-

ножі в, атаса використаних джерел 279 найменувань і додатків. Загальний обсяг дисертації 187 сторінок машинописного тексту і ^ рисунків.

2йСГ РОБОТИ .

І. Ь С Т У Д. гіетод інтенсифікації теплообміну, що реалізується в ^, визначає мстиві сть їх використання для створення вксокозфехтавіск і компактних теплооблгінних апаратів низькотем-пературкої текнінн. Ь той ке час стен розробки матричних тепло-обмі Ш22СІ в не забезпечений тсхкологі чшш способом виробництва. а цієї притеши загальне рісекзд проблем повинне будуватися на принципах системної мзтодології з ієрархічним упорядженням конкретних завдань, цо форгфоться відношенням "технологія-яонструк* ці я", і урахуванню специфі чного харгг-гтеру теплової взаємодії єлєї-гзнтів конструкції Де визначило комплексний характер дисертаційного дослідження, використання різноманітних методів експериментального та теоретичного аналізу.

г. (ІТОКТУРНО-ТОДОДОГІЧНА МОДЕЛЬ Т її, ДлЯ деталізації проблем, виникаючих пра розробці матричних теплообмінних апаратів, конструкція ^ розглянута я: система взаємодіючих елементів з описом цих елементів і технологій створення з’єднань, забезпечуючих цю взаємодію. Декомпо-зиція конструкції Тлі на елементи і групування їх за сукупність^ схоаа ознак і функціональним призначенням (рис. * )визначають структурно-логічну модель ^ (рис. ^ ) і їх класифікацію (рис. 3)^ яка відбиває уставлені тенденції при розробках '-Ш. ^я класифікація допускає розширення, є систематичною і структурною основою подальшого вдосконалення ^м, а текоя побудови узагальнених алгоритмів їх автоматизованого проектування. *>она побудована -на аналізі конструктивно-технологічної спільності та функціональної спрямованості елементів ^ з урахуванням поділу ^ на виготовливані із сіток або із перфорованих пластин. Де ізідбивас особливості ^ як з точки зору теплогідравлічних процесів у каналах, так і з позицій класифікації ^ стінок ТИ.

о. Б а о и Ь і Т й А 'Н О л О Г і 'і Ь И РиБайЦ-

1 іі-а Т к Широкому впровадженню значноз ш рою пере:пкодезаз відсутність розробленої технології їх виробництва, КОЛИ ЕІПіОрИ— _ стовуються нові принципи проектування і виготовлення теплообмінної апаратури, котрі базуються на тому, цо теплообмінний апарат

71

б) В)

Рис. І. Топологічні моделі каналів ТУ: а - игашптна; б,в - паралельна! г - коаксіальна

Рис. 2. Структурно-логічна модель ЇМ

. ТЕПЛООБМІННИКИ МАТРИЧНІ (ТМ)

Тип поварені тсплообыхлу Т 0 П 0 Л 0 гія поверхні теплопередачі Методи виробництва •ТМ

ты

Іо Ш

У

т

і о пористих елементіD

Шсхматна

Паралельна

Жвдіофсзні

Твердофоз-

ш

КоМбІНОВа-

НІ

ftio. 3. Класифікація ТМ

і конструкційний патері ал створиться одночасно в рамках одного і того а технологічного процесу.

Технологія виробництва металополімерних сітчастих Тм. Фізичною основою кетиду виробництва металополі мерних И є адге-зійно-когезійна взаємодія в армованих гетерогенних полімерних ' ксміозицгйних матеріалах. Технологічні принципи цього виробництва розроблені з урахуванням особливостей виготовлення слоїстих армованих волокнами пластиків. Першорядно вивчена можливість виготовлення ^ при затвердінні термореактивних фенолофсрмаль-дегідних зв'язуючих кошозиціГі. Досягнуті результати виправдують використання цього типу зв’язуючих для виготовлення мало-масштабних Iй в умовах дослідного виробництва. ири цьому не забезпечується стійке відтворення позитивних результатів через високу в’язкість смол, незначний період їх желатинізації та високі питомі тиски пресування, що спричиняє деформацію стінок каналів порушення суцільності екранів в місцях вкорінення сіток. Ді проблеми вирішені в умовах створеного технологічного процесу виробництва Iй на основі епоксидних зв’язуючих, що тверднуть з допомогою ді гга ну Ді амет-^. ^озроблений технологі ч-ний процес (е.о. W663; а.с. Ь£&!6£6 )t перебіг основних реким-шк параметрів якого показано на рис. 4а, забезпечив виробництво на спеціально створеній лабораторній установці теплообмінних блоків для кріогенних установок, ^вирішеними залишились проблеми, пов’язані з виявом впливу масштабних факторів при виготовленні модулів ^-канальних , що визначило використання досягнутих результатів для створення ^ в умовах дослідного виробництва. Ь Той ке час розроблені технологія та обладнання для металополімерних із тканих латунних і мідних сіток в даний час не мають альтернативного рішення-

Технологія виробництва дифузійним звараванням алюмінієвих існуючі технології виробництва Т*4 базуються на викори-етапні відомих науково-технічних досягнень, практичне втілення яких не дозволяє реалізувати потенційні можливості більи того, приводить до перегляду концепції створення високоефективного і компактного теплообмінного апарату. Виходяча із пр:ш-ципу випереджаючого розвитку технології при створенні нової і конкурентоздатної продукції, розроблений принципово новий спо- . сіб виробництва.^ методами створеная прецизійних багатошарових складнопрофільних конструкцій - дифузійне зварювання в по-

вітрі ї*1 із алшінієвих (мідних) ЯП і простазок а використанням багатокомпонентної оксидної системи ), синтезованої в модельній системі оксидів свинцо, цинку і бору. -Розроблена технологія (а.с. 1510237; а.с. І&8&&І1; а.с. ) грунтується

на взаємодії поверхневої оксидної плівки астмі нію з Й0С) взезі^-ній дифузії ювенільної поверхні алшінієвих пластин, створенні дифузійнкх, оксидних і реакційних зв’язків і утворенні нових ХІМІЧНИХ сполук. Одержані стійкі позитивні результати при виготовлені теплообмінних апаратів із алюмінієвих сплавів іДІ, лО) іі6ч А7. Зщна режимних параметрів базового процесу зварювання показана на рис.’ ^5. , .

виготовлені теплообмінні апарати низькотемпературних установок працездатні при різниці тиску між каналами до 6 ,

стійкі до термоударів і вібраційних дій. використовуючи матеріал розроблений технологічний процес виготовлення із мідних і проставок {технічна мідь марок ^ ). Ь цьо-

му разі фізико-хімічні процеси в зоні з’єднання проходять при хімічній і міжмолекулярній взаємодії мік металом, його оксидом і 20С. ДлЯ створення нових технологічних процесів розроблене спеціальне технологічне обладнання - установки для дифузійного зварювання, що забезпечують автоматизацію зварювального циклу.

• ч.йьїидилОГІІі £ К С 11 Ь Р Ь М Ь Ь Т А Л Ь“

її 0 Г 0 ДОСЛІДЖЕННЯ. характер течії в сис-

темах ^ і сіток, інтенсивні теплові потоки, нові ортотропні матеріали конструкції -й1 визначили методологію виконаного комплексу експериментальних досліджень, ^е, з одного боку, діагно- " етика течії в каналах ї’113, виявлення узагальнених і локальних параметрів теплопереносу. Для рішення цього завдання використані експериментальні методи, якими процеси переносу теплоти в ЇМ структурно виділені в найбільш чистому вигляді. ^о-друге, це проблеми, зв’язані з визначенням теплофізичних властивостей^, що створюються новими технологічними-прийомами.

. Спосіб виготовлення ^ знаходиться в стадії обгрунтування фізико-хімічної природи експериментально доведеної можливості отримання герметичного і міцного з’єднання, визначило необхідність вивчення механізцу взаємодії матеріалів в зоні з’єднання з використанням методів структурних досліджень.

Методом повного теплового моделювання при спеціальній технології складання моделей і стеціонарними умовами проведення

лерагэтр£пшэго егсспернкенту одержана нова їгфхриащя про інтенсивність тепяогідрешачнах процесів . в каналах ^ і -вплив поздовжньої теплапровідності вздовз стінск ЇИ на його ефективність. Ьпявленх, зааоношрггості- теплссбнікшгх процесів в каналах із сіток підтвердаеш нгсгаці ош^шим кзтодоы теплового рєаицу. ■ ^отенщгльш теплові характеристики ^ із ^-визначені катодом, цо базується на аналогії процесів тепло- і. гтхі<зйгіщ пра сублімації нафталіну. ~ . '

візуальні дослідження нарткн течії і' стругщсз оядаажад & канал® ЇМ ід Ш та сітез взскгні агтодда смтол^ейс^йї зйеод» рації трасуючих в промені світловага лпза чжя<кг ажаеіоаої пудри, завислих у воді.

Гідравлічний опір" каналів ег^£Шй а сяйшогязджх і;50» термічних умовах в потоках повітря і.еодзи

Теплові рекюяі матричних вшернксі В щ>№ ві'Діувешлф русі фреона КІ<і в процесі Його кипіння за рахунок- протизоточнсї течії в суміжному каналі нагрітого потоку води визначені в умовах повного теплового моделювання на двоконтурному вимірювальному стенді. ' .

, ‘“етролсгі чне забезпечення комплексу виконаних теплофізичних дослідаень при визначенні ефективних коефіцієнтів. теплопровідності , одеряуваних в ході розробки нових створено на базі приладів А- “400^ Уіі’Ьві-іій^ Ш-С-4С-0і що серійно випускаються. •

^етоди випробувань, використані при розробці технології виробництва'^"1, включали механічні випробування, контроль герметичності та металографічні дослідження зони з’єднання.

Чістеми вимірів забезпечували визначення чисел ьйлера і аусельта з граничною відносною похибкою в - Тепловий баланс збігався з точністью ^ аохибка визначення коефіцієнтів теплопровідності ^ не перевищувала Необхідна

точність визначення параметрів, що реєструються, забезпечена ’ додержанням нормативів при виготовленні вимірювальних пристроїв, дублюванням Еимірів різними приладами, а також методичним відпрацюванням експериментальних установок. -

С _ ііії£хіСйіі(ІК/іЦІЯ йРиЦйСІБ ІІІШіОГіЬЙЇНОСУ Б !Ш, ^і зкчна модель робочого процесу в із сіток і ^ обгрунтована при аналізі факторів, інтенсифікуючих теплоперенос в каналах і стінках цих теплообмінних апаратів.

Теплообмін і гідравлічний опір в кеналах із сіток (однофазні потоки ). Структура потоку при поперечному обтіканні сіток в каналі ^ вивчене з допомогою картин течії при візуаяіза-ції потоку в гідроканалі . Струминний характер течії без взаємодії сусідніх струменів є визначальним в каналах сітчастих в області витратних режимів, відлові даючих 90. Струминні

сліди формуються чарунками сітки, течію міа сітками визначають такси вихрові шнури і зони зворотних течій за дротами сітки із слабким обміном з транзитним потоком. цри збільшенні швидкості режими втрачають чіткий поділ (безкризова зміна режимів ), стає нестійким і хвилеподібним прошарок між струминами і застійними зонами ( йе 7С0). Подальше збільшення швидкості спричиняє роздрібнення вихрових зон, окремі вихори зливаються в турбулентну пляму, відбувається скорочення дільниць роздільного руху струмин.

■На автомодельних швидкісних режимах ( Ре=- ) на фоні розмитих картин течії чітко фіксується різкий характер течії за чарунками і дротиками сітки, що визначається відношенням -Ь /<А„р .

Два характерних гідравлічних режима можно виділити в залежності від параметра ри : р^ % і "РіҐ пєР1201^ випад-

ку між сітками встигає відбутися злиття струмин і кожну сітку обтікає потік, профіль швидкості якого близький до рівномірного. Структуру потоку при ри-* 2 визначає течія в чарунках сітки, тому характерними лінійним розміром і швидкістю виправ-_ "дано використання геометричних параметрів 4- / сі ор , сі, і швидкості в чарунках сітки уус . ^езкризовий характер зміни режимів течії в каналах сітчастих ЇМ відображується і в зміні гідравлічної характеристики Еи(Рс) (рис. 5). ііри цьому для більших сіток ( ^ - 0,5) перехід до квадратичного за-

'кону опору відбувається при більших значеннях числа Ке . Ме обумовлено меншою деформацією потоку в таких пакетах. результаті активне вихоротворення починається при більш високій швидкості фільтрації-

Для розрахунку гідравлічного опору пакетів сіток од?рааяі апроксимаційні залежності ( ри = І): .

Еи»^-+ 0,34-0,39, (і)

Еи=‘ІГ + 'й^ЕГІ 1-0/8-0.51. (2)

сзі, вреховузча відносну близькість кривих Еи(йе) і допустимі стандартом відхилення розмірів сіток від номінальних, мояна об’єднати форцулсш /

«. в». 8000.. ■ ■ <3>

Графічний аналіз єаспердазнтадьігсс результатів середньої тепловіддачі пакетів сіток показаз, цо в логарифмічних координатах тангенс кута нахилу характеристик ИиСйе) , що відповіде: показникові стелена п при числі Й© , в області Йе < 600 дорівнає О,4 “ а при Пе а 600 збільшується до О^Ьд - 0,С (рис, ^б). Дей результат відтворює зміну картин течії потоку в пакетах сіток. % узагальнюючі залежності отримані такі кореляційні залеаності : .

Ни«0,95Йе°'5 ; і * 0,4В - 0,51, (4)

Ми» 0,42 Ре0,58; ^ = 0,34-0,39, (ь,

які, виходячи із зроблених вище зауваяень, можна об’єднати одним рівнянням

Ни=0,6&е°*3*; 40 « Ре ^ 5000 . (6)

Теплообмін і гідравлічний опір в каналі ^ із пеїхїогюва-нкх пластин, візуальні дослідаення структури потоку в цьому випадку виконані для двох граничних станів взаємного розташування перфорованих пластин - із зміщенням і без зміщення осі отворів у сусідніх хі1і. Іакий поділ виправданий принципово різними умовами руху потоку. Ч’руиинний потік, цо витікає із отворів перфорації, розширюється, починаючи від кромки отворів, і складається із дільниці роздільного руху струменів і зон циркуляції рідини поміж межами струменів.

Аля пєкетів без зміщення осі отворів в сусідніх пластинах, характерно: при (?Є ^ траєкторії струминного потоку ' плавні, а мія струменями сформовані вихрові структури, які із зростанням швидкості трансформуються в дрібні вихрі, одночасно

збільшується частота коливань окремих струмпа.‘%и ** 500 межа кін струминами починає хвилеподібно рухатися х картина течії між МІ сприймається як однорідна. Із збільшенням відстані мін щ за рахунок розширення струмин траєкторії руху рідини на вході в отвори ^ стають більш різкими, внаслідок чого зона зворотних течій зміщується до фронтальної поверхні ИП з утворенням між струминами двох симетричних вихорів. Зміна відстані МІЖ ИН (рис. &) призводить до виникнення нових особливостей течії. Лшцо ця відстань більша 8кр , яка відповідав дільниці роздільного руху струмин

г *-с£ . ОТ . 4 (і-СІ)

р ~ 2сІ * ^ 2 ~~ с!- ’

тут ос - кут розкриття струмин, СХ - 14°? то картина течії за Ш візуально не_змі гається, що відображається і в результатах вимірів. %и 6 < 6кР в потоці між ЕИ виникають кризові явища, що характеризуються різкий зменшенням опору.

^ пакетах із зміщенням осі отворів в сусідніх Ш струмини ударно взаємодіють з фронтально» поверхнею ПП. Де викликає розворот потоку і канальний рух з утворенням на фронтальній поверхні ДИ ламінарного пограничного тару, класифіковані три харак- . терні області руху потоку імпактних струмин: область вільного руху струмин, область прискореного руху із зростаючою горизонтальною складовою швидкості і область радіальної сповільненої течії пристінної струмини. % всіх режимах біля кормової поверхні Щ шж струминами існує область рециркуляційної течії, роз-мірицієї області і інтексивність вихрового руху рідини в ній збільшується при зростанні швидкості. ^ри зменшенні відстані мія Ш ( і) інтенсивність цього вихрового руху рідини падає, як і при зменшенні, пористості, за рахунок ламінаризащї потоку, збільшується пограничний тар при радіальному рухові рідини. Характер течії не зміняється при о »■ І.

^становлені особливості гідравлічних взаємодій відображаються результатами експериментального дослідження каналів ЗМ і їх фізичних моделей (рис. 6) при зміні чисел Рейнольдса в діапазоні від Ре» 4 до стійкого автомодельного режиму. Дей режим виникав при К<їе8тв ^30 для Щ із зміщенням осі отворів

і й*в»т-1<г - 10* _ в Ш <5ез зміщення осі отворів. Для витратних режимів Ре* *0 експериментельно отримано: Еи =

= 23 / ре ; .в перехідній області (10* йе ^СаСт) 2

Ей - 2 г( кр Ґ • 0,36-% Ей а6,

”" • ( Ю ) ’ 1 1-І, Ей.* '

^втошделып значення опору із зігіценный осями отворів круглої перфорації апрокскковані форуулгши (^,1 •* 8 -*= 20;

0^26 -с р -с

Еи^-ЕиЛьО^О-рГГ”]! <’>

аэз

а / * (в)

Прийнята структура форь^лл (Г/) дозволяз розрахувати зафіксовані рсгвагі течії, а саке, підтвердити експериментально встановлений результат про доцільність використання перфораціх з пористость» р — Ч4 при зазорах ша ш 5 •“* 1. Причина такої пове-

лілий гідравлічної характеристики Еи(йе) криється у відсутності пря цих умовах дільниці канальної течії потоку, де проходять Його деформація, розворот і рут з великою швидкі ста, що супроводжується відчутними гідравлічними витратами.

Результати вид рів опору ^ без зміщення осі отворів представлені тахики даники

Еи„0- 0,33 І-*20); 5„р<;8<20, <9)

Еи.5г“ 0,13 6 гЯ і 8**КР- (10)

для ЕД із цольовою перфораці сю при р *5 і С^І «* 8 *«

^ ДЛЯ ^ із зміщеної) і незміщенсео перфорацією відповідно отримано; . .

Т. і < -0,15 г -0,%

Еиовт”^Р 5

Еи^-0,32 8 г”. ' (к)

Рівень середньої тепловіддачі М (рис. Г/) визначається інтенсивністо теплообиіну в отворах (б/з ) , а такоз тепловіддачею фронтальних дільниць ^ (і/з ) , що відповідав візу- '

ельному сприйняттю течії, коли поблизу корішзої поверхні розташовані області малорухливої течії. Результат, підтверджуючий можливість використання для розрахунку середньої тепловіддачі Ш припущення про адитивний хараатер процесу теплообміну

* * 3 .

(ІЗ)

ПП

-цвл/р,,

ІМ X

забезпечу® прогнозування тепловіддачі снладнопрофільних Ш і дозволяє обгрунтувати фізичну модель теплообміну в каналах ^ з йД; нестабілізована течія в отворах, аналогічна течії вздовк плоскої поверхні з висок сю інтенсивні сто теплообміну; плоскопа-ралельна градієнтна течія в області критичної точки при ударі струменю у фронтальну поверхня МП (і/3 Ш) ; низька інтенсивність теплообміну при слабкому рециркуляційному русі з погра-ничним шаром зворотного руху біля кормової поверхні ЯЛ. Для ДЛ із зміщеними осяш отворів перфорації переваги струминної взаємодії потоку з фронтально» поверхнею Ш1 найбільш повно реалізується при ТР = ЗГ / Ь еа 054 (круглі отвори перфорації ) і = ( цільова перфорація ) .

%роксимеційні співвідношення, що враховують виявлені закономірності тепловіддачі, для системнії і/з і б/з осей перфорації представлені відповідно формулами (^ ^ 3000;

О'І 5 р 5 0^ в! « І);

круглі отвори перфорації

Ми = 0,23 $ "°'75 Бе0,6 ; (І4)

. Ми» 0,22 50,22 йе°'ба, (І5)

цільова перфорація

, Ми= 0,45 р0,6 8 “°'а2 Йе0,65; (д>)

Г?и= 0,22 рс'52°'22 Ке0'7. (І7)

Теплообмін і опір ЯЛ а похилоа цільовою перфорацією при різних кутах атаки |3 розглянуті в зв'язку з обгрунтуванням конструктивних рішень, реалізованих в транспортних системах кондиціювання. Зменшення середньої тепловіддачі і опору за рахунок реалізації умов 'поздованього обтікання зв’язано з чи-

слон Эйлера і %ссельта для поетів ^ 3 поперэтксцу потоці за-леяностями ( У / б 5 р « г?/2);

ЕііраТГ/2 > 1іи^3 ^и5»*я/а >

К,=0,2ехр(1,1р); К2= 0,5ехр (0,47р). *18)

Теплопередача в каналах ыатрзчниж взтеьккаів. ^ о перфорованими пластинами рекоігендовені для вкзористекна яг повітро-охолодники. Ь уі'ОВЗХ кипіння фреону при вимупеночу його русі в каналі матрична теплообмінна поверхня із ^ забезпечуй, порівняно з неореброиим каналом,, більш високі значення коефіцієнта теплопередачі. Найбільший вплив на величину цього коефіцієнта чинить зідстань міг. ^ (рис. &) , при збільаєші яйої теплообмінна поверхня із ЯД втрачаз перевалі перед неоребреким г:шалом. Ьплнв пористості на сзреднз теплопередачу з матричному випарнику менш І СТОТНИЙ. ІІСЗИТІШІЗЙ результат цього вплазу виявляється при зменшенні пористості.

■ виявлені закономірності характерні для ® о кругло і цільово» перфорапіез і в остатньому випадку рівень інтенсивності теплопередачі більа високий.

Заведені рекомендації доповнені результатклі гідравлічних досліджень, які оброблені в умов ж наближення ^окзерта і ^єртк-иеллі в залежності від масової концентрації перу при візіерзвенні потоку фреону що рухазться.

Теплофізичні властивості анізотропних-^1 стінок ЗМ. Ортогонально анізотропна теплопровідність що формуються в процесі виготовлення обумовлена розтацувешяы ар-муачих елементів -сіток (ЯЛ) . ^ерактер зміни ефективної теплопровідності КМ «■>-частих® вивчений з використанням методів теорії узагальненої провідності гетерогенних систем на модельній структурі (рис. 9), иса враховує тепловій контакт кошонентів КМ» °дерзаниш розрахунковими співвідношеннями описані експериментальні тешератур-но-концентраційиі залежності, що встановлшть діапазони зміни питомої теплоємкості і головних коефіцієнтів теплопровідності КН залезло від тішу сіток і від стелі ці а ним:!: Л& = ~

- 0э4Ь ВїДм.К); Д,ц = & ~ & Ьт/(и.&); ср = ^\8 ~ *,4 кДз/ (кр.К). :

Специфічні особливості формування зони дифузійних з’єднань алюмінієвих пластин в ТИ через прошарок ^ОС внзначготь ха~

рактер провідності з'єднуваних матеріалів, коди фізичний контакт між ношонентами $4 формується в вапежності від режимів технологічного процесу зварювання. %и зміні пгтокого тиску від 0,3 до 3,5 Ша ддя КМ на 0Сн0Ві елвшкію в умовах базового технологічного режиму можливо одержати матеріал 9 ефективною поздовжною теплопровідністю 3 _ 70 Вт/(ыД). Мей результат відбиває зміну структури з’єднуючого вару від однородного до декретного при дифузійному звервваші, ваяв не можуть бути використані метода теорії кскгектної провідності. Ь цьоцу разі дав створеного нового ^ єдиним даереяск інформації про його теплопровідність є дані експериментальних досліджень, які виконані при оптимальних технологічних режимах (рис. *^а). Розрахована по моделі із взаєгіспрокикшчиш коизоаентамв ефективна теплопровідність багатокоадонентної система при Т = 293 К складає Ч*5'' ) , це підтверджено інструментальними вимі-

рами в температурному діапазоні експлуатації ^ (рис. ІМз).

коефіцієнт теплопровідності ^ "мідь-Б^^-кідь" залежно від тиску змінюється від 4 до 60 kr/(M К ).

-‘‘наліз теплойдравлічної ефективності Iм, виконаний на основі енергетичного показника Е = Q / N для умов тепловіддачі в каналах, підтверджує пріоритет сітчастих ЗЦ. Для уцог процесу теплопередачі, коли разом з інтенсивністю теплообміну в каналах враховується термічний опір стінки, теплогідравлічна ефективність сітчастих ^ мало відрізняється від ефективності І 8 які можуть бути виготовлені методами розробленої технології (рис. ІІ). ^е є результатом значно вищої теплопровідності в напрямку теплопередачі стінок Тм із W1, яка в 100-150 ревів перевищує теплопровідність^ із сіток.

6. Т Е Д~Д 0 В И Й СТАН І ПРОЕКТУ bAiitin

Т Ж, Одщєо js причин появи в практиці проектування рекуперативних теплообмінних апаратів терміну "вторинні ефекти" є вилучення із системи рівнянь енергії рекуператора математичного опису процесу теплопровідності вздовж його стінок, і^ей процес не пов’язаний із конкретним типом теплообмінного апарату, він тільки білш відчутно виявляється у високоефективних теплообмінниках. Результатом впливу цього "вторинного ефекту" є більш пологі профілі температур теплоносіїв і збіднення різниці температур на кінцях теплообмінника.

%>и розробці методу проектування ^ реалізована стратегія послідовного уточнення математичної моделі ЗМ j перевірки її

адекватності в експарінлсіггалько!^ дослідженні. Виходячії з нод&-

іі рекуператора (рис. ^б), заснованої на представленні стінка, зозділгочої потоки теплоносіїв, як тершІДО тонкої, отримано аналітичне рішення відповідної гранично справної задачі

с!0, /сіХ ■* а, ( 0, - 0С) я 0 ;

сШ2/аХ+ 8*«2{0С-03)= 0*

9сів,/сі'л~ в{ сіе2/ах = р ай0с/ах2

з граничними уиоваии, які задєзть тешератури теплоносі їв на вході в теплообмінник і теплопритоки до торців стінки. Загальний вигляд цього рішення при теплоїзольованих торцях стінки

0п“А„+а)і1х*і;а1„єЧ <201

і»2

Аналіз рішення показує, що тепловий потік, якій підводить-, ся із каналу до розділяочої стінки теплообмінника, розподіляється в ній на поздовгсній і поперечний. Величина псздовзньо-го теплового потоку С$х= сШс/&Х спочатку збілнаув-гься, досягає махсимуцу при X = ^5 а потім зенкується до . нуля при X = І. Такій розподіл теплового потоку зуиовлис нэ-догрів холодного потоку і білш високу телзіературу теплого^1 • потоку на визсоді із теплообмінного апграту. Ефективність рекуператора в цьоцу разі ( V/,5* \ії2 = \д/ ) ігахе бути підрахована за формуле©

• ,. а_ + сі.сі, - а.,

£-0.С>"------------г...А-^.

а

Д9

1, . Ьа-а, ]

«,«* Ь2а., ]

^яг^І+г^/й,); Ь5»г*(1~г4М/аа).

Значно вираі ксшпівості пректіпшого використання теплових моделей і ЇТС.а (рло, І2В|Г ), д3 враховано, що каната теплообмінника обвезеш тєплспровідаииі стінаая, зовні сня поверхня ккісс теплоізольозена. Метена ріанянь теплозіддачі і

збереженая енергії в межах едекентернох повергні тештобшну в умовах моделі ИС-3 мав виглад ( V/t = W2 / ^ = V/ }:

p,«*y«w*-a,(Ws

Р, <*%/*&*= «в(04-'в*>*«Д©4-'0»>Г (22)

d0,/dX = ©:t(8*~ 8f);

. Std6t/dX-&2(8<-28e + 0*},

де p.. Леі FcJ /(Ш)і «і - «х. F/V/.

Результати параметричного аналізу теплового стену моделей TTCL1, TTC_2f T1CL3 зображені на рис. 1*. ^овноа мірою трьохка-нальній розрахунковій схемі відповідають конструкції ^ з циліндричним розташуванням каналів. Мв відповідність підтвердау-ють і результати випробувань теплообмінних апаратів.

З метою виявлення впливу резошнюс і конструктивних параметрів ї*4 на процеси теплопереносу виконано експеримені ельно-тео-ретичне дослідкення в рамках фізичної моделі Методика

цього дослідкення, яке заснована на непрямому визначенні величини поздовжнього теплового потоку, полягала в співставленні дослідних даних з результатами розрахунку по моделі. HU.1 і в доборі числового значення параметра р' . Характерна для випробуваних зміна поздовжнього теплового потоку в стінці показана на рис. Ащи даними встановлено, що величина від-

ношення р' /р змінюється в діапазоні _ 3 і не залежить від висоти ї*4 і ефективної теплопровідності стінки кх

Іаким чином, для двох теплообмінників, що відрізняються висотою L і теплопровідні сто к і , справедливо р' / р =

= Const , що обгрунтовує постановку задачі розрахункового визначення параметру р' , котрий є внутрішня масштабом трьохкхрного температурного поля стінок теплообмінного апарату при його одномірному описові. Для визначення параметру ■ р'

при проектуванні розроблена і роаліаспсіїа з прсцосі чисельного рішення тривимірна модель теплообмінного апарату :

ибласть змінювання змінних величин в рівняннях - стінки теплообмінника і його каната.

- Для числової реалізації систем рівнянь

(23)

методом скінченних елементів використане варіаційне формулювання задачі, ї'езроблена математична модель описує температурне поле багато-потокоеих теплообмінників з паралельним рухом теплоносіїв в каналах довільної форми. %и її використанні відсутня необхідність у визначенні оребрекої поверхні, модель ( 25 ) дозволяє врахувати нерівномірність розподілу масових витрат теплоносіїв у каналах, змінність властивостей теплоносіїв і матеріалів. Укладена методика реалізована при складанні пакета програм для ЕОМ типу орієнтованого на'алгоритмічну г.:ову &0ЕТРАН_4, З допомогою цієї програді визначені витратні характеристики ефективності , поздовжні теплові потоки та коефіцієнти р' моделей і апаратів з різним розташуванням каналів. Зіставлення розрахункових та експериментальних результатів показує, що їх відмінність не перевищує Щ, за величиною ефективності і Щь -за величиною поздовжнього теплового потоку, коли при розрахунку моделі [ цд відмінність складала 2(^5 і 300£ відповідно.

^однорідність градієнта температурного поля в стінках теплообмінного апарату зиклачае кояливість використання для проектування високоефективних теплообмінників фізичної моделі ТС і обмезуз застосування моделі ТТСЛ, Налркклад> ^що зазтрихо-ванана рис. К область відповідаз неозиачшості, зв’язаній з зпливом теплового потоку Цд, » то для азіатів з кизьясз . ефективні ста {®4і)кєйизначені сть теорії «еге бути врахована :!се$іцієнто:і зшасу теплообмінної поварені . Для впссіссефзктиз-’

гак тзплообш нників (коефіцієнт запасу гае ке забезпечте режимних характеристик проектування. Необхідно збільшувати висоту ^ (Ра-* Р, ) , зберігаючи ксшакткість його теплообмінної поверхні. «Збільшення тільки компактності виявляються неефективним аособоы. 1'аким чином, проектуичк високоефективні слід ,виключити невизначеність, зумовлену впливеш поедокгньсї теплопровідності . Застосування коефіцієнтів запасу виправдано лише прагненням усунути неминучі технологічні похибки при виготовленні теплообмінника.

Запропоновані теплові моделі забезпечують тепловий розрахунок високоефективних теплообмінників кріогенних апаратів. Зокрема, модель ІЇС-Ь адекватно враховує процеси перекосу в стінках ^ з циліндричним розташуванням каналів та із сполучзниш між собою каналами. Для різних типів ^ процес проектування може бути реалізований в умовах використання гібридної моделі. Основою гібридизації в висновки проведеного експериментального дослідження про можливість апроксимації розподілу температур потоків залежностями, одержаними із рішення задачі (^ ) з урахуванням коефіцієнту р' , і опису реального розподілу температур тривимірної математичної моделі. & цьому випадку стратегів послідовних наближень заснована на чисельному рішенні задачі ( 23 ) > що еквівалентно проведенню фізичного експерименту. Очевидна можливість використання моделі для проектування мє-

талополішріш Т*. Звичайно в цьому випадку р * , і ре-

зультати проектування не відрізняються від одержаних в композиційних моделях розрахуту.

Реалізація конструктивно-технологічного принципу створення матричних теплообмінних апаратів одержала подальший роэьиток при виготовленні оребрених трубчастих і пластинчастих теплообмінників методами матричної технології, ^е твердження грунтується на можливості дек опозиції теплообмінної поверхні , а потім створенні її із наборів плоских складнопрофільних пластин, що було реалізовано при виготовленні теплообмінників із оребрених труб і каналі в.відтворюючи теплообмінну апаратуру, що широко використовується властивими Ти технологічними прийомами, можна вирішити традиційно складну задачу зменшення контактного термічного опору иіа основною і вторинною теплообмінними поверхнями. Одночасно при виготовленні апарату форцується ортотропний що розширює моаливості виробництва високоефективних теплообмін-

дах апараті в- ^іфісена в даясщу дослідзеїва преблага :.:=з слугувати підстава» для перегляду концепцій, ~о склалися при конструюванні теплообмінної апаратури.

В1СШЙШ

1. Комплексом виконакзїх досліджень здійскзно впрхсэкня проблеми створення матричних теплообмінних алсветів; наукозо-обгрунтовані метода їх розрахунку, що безузться на науковою аналізі теплогідравлічдах взазгяздій, спільно із створеним і«н віш способом виробництва забезпечуйсь повноту проектування -і», вирішуючи задачу прискорення науково-технічного прогресу.

2. Структура потеку та гідраалі чтй регшяї в каналах ^ формузотьсяпй результаті взаємодій системи ішектнпх струмин з поверхнею та поміж собой з створенням плоских і циркуляційних течій, інтенсивність і протяжність яких визначавться відстанню ш:к Ш1, їх взаємним розтерзуванням і пористиста.

^грвктерні для каналів-сітчастих ^ гідравлічні ревими пористого тару в матрицях із реалізуються при зменшенні відстані міа І!І1, при цьому відбувається лаиінаризація потоку, а дільниця автомодельного закону опору зсувається в сторону більших чисел *ейнольдса.

4. Методами локальної діагностики встановлені напрямки інтенсифікації теплообміну в А“‘. які визначаються сепедньоз тепловіддачею в отворах і теплообміном при ударній взаємодії і шахтних струмин зпповерхкею Найбільш повно можливості такої взаємодії для з круглою та цільовою першарацієр реалізуються при - пористості, що дорівнює відповідно І иГ°.

Ь. Узагальнення!-! методами теорії подібності одержаного емпіричного матеріалу в,.характерних діапазонах з мі ни геометричних параметрів матриць ^ і ренимів течії одержані Формули для розрахунку потенціальних характеристик середнього теплообміну і гідравлічного опору. Для довільних конфігурацій Ші інтенсивність теплообміну Б них з похибкою, допустимою для ікаенерних розрахунків, моае бути визначена в вигляді адитивного співвідношення як суперпозиція інтенсивностей» до складають цей процес на окремих дільницях поверхні “И. '

„ ь. В уїдавгх руху двохйазного потоку фреона ИЙ в каналах ■“-випарників зменшення пористості ш х відстані иіа нииі е Фактором, що істотно інтенсифікує теплообмін у каналі, пси цьому течія відбувається при випаповаяні потоку; найбільший тко переваги, матричної поверхні теплообміну реалізуються в ■*-“ з щільо-воз перфорацією.

Методами теорії узагальненої провідності гетерогенне: систем для металопоаімеших сітчастих обгруктозана розроблена структурна модель ашзотсопного ««, яка використана в ниро-кому діапазоні змін об’еьгної концентрації полікврннх зв’язугачих і застосована для аналітичного визначення ефективних коефіцієнтів теплопровідності стінок •“; числові результати розрахунків підтверджені експериментальними дшпасі в тегшературноиу інтервалі ВІД *'■» ДО л . .

Для ^ різкого призначення перспективним в використання еломі ні свік ш і проставок, зцо„з’єдаузться через еизьжо-теллепрозідну гхїивузчу прокладку рахунок тегзературно-

деформадійного впливу, що регулюється, ксшуть бути одерисані ЙМ стгнрх /■ з,.ефективним коефіцієнтом теплопроьіДНОСТІ Від 1 до ІІКЮ ІЗ-г/ ( М.л). "ИКОрИСТАННЯ активуючої ПрОКЛЗДКИ ЬШ. ддд виготовлення ^ із мідних ш забезпечує збереження теплої8олиочого ефекту вздовж стінок теплообмінного апфату.

п У. ^озроблена нова технологія виробництва ^ із алюмінієвих дозволяє досягнути рівня теплой драглі чної ефективності яхт співставляється з ефективні сто металополікерних сітчастих •**, що визначається більш широким діапазоном зміні! коефіцієнта анізотропії теплопровідності *“* стінок ы.

Розроблений ыетод математичного моделювання високоефективних рекуператорів, заснований на використанні наближення термічно тонкої стінки, дозволяв запобігти введенню додаткових коректуючих коефіцієнтів і враховує взаємний вплив конкуруючих механізмів теплопереносу в стінках теплообмінного апарату. Ьико-» ристання цього методу в сукупності з даними теплогідравлічних досліджень вирішує проблему забезпечення теплотехнічного проектування компактних і високоефективних

її. Найбільш перспективним методом виробництва високоефективних 112 є створена нова технологія прецізійного з’єднання із алюмінієвих сплавів через активуючу прокладку із багатокомпонентного матеріалу, синтезованого в системі оксидів. Структура зони взаємодії і його механізм об грунтов аді при розробці оптимальних технологічних режимів виробництва ш різного призначення, що відрізниться високою механічною міцністю і. вакуумною щільністю стінок після вібраційного навантаження. гозроблена технологія забезпечена високопродуктивним обладнанням і дозволяє одночасно з’єднати всі конструктивні елементи включаючи колектори.

12. Розроблена технолргія і лабораторне обладнання для виробництва дослідних зразків метал ополімерних сітчастих теплообмінних апаратів на основі модифікованих епоксидних зв’язуючих можуть бути використані для виготовлення-теплообмінних блоків низькотемпературних

Основний эшст роботи відображений в публікаціях:

1. Алексеев В.П., Заблоцкая Н.С., ііритула В.Ь. Разработка высокоэффективных металлополимерных матричных теплообменников //XIX Мездунар. конгресс по холоду: Сб.докл.-ы., 197Ь. - С. 7к!

- 726.

2. Барабанова О.А., Бачин Б.А., Нритула В.В. Технология производства многослойных сложнопрофильных изделий для теплотехники //Научно-технич.конф. стран СШ: Тез.докл. -М.,1993. - С.ьЗ.

3. Бачин В.А., Гіритула В.Б.Технология производства теплообменников из алюминия //мездунар. форум: Сб.докл. - Берлин,

1992. ■-С. 74-76.

4. Заблоцкая Н.С., Нритула В.Ь. Продольная теплопроводность и эффективность компактного рекуператора //Холодил.техн. и технология. - 1981. - Вып.31. - С. 2Ь-31.

5. Заблоцкая Н.С., Нритула В.В. Исследование влияния конструктивных параметров сетчатых металлополимернкх теплообменни-ков^на их эффективность //Изв.вузов. Сер.: Энергетика. - 19аЗ.

6. Заблоцкая Н.С., Нритула В.В. Влияние продольной теплопроводности и конструктивных параметров на энергетическую эффективность металлополимерных теплообменников // Криогеника - 62:

',К

;зз

93

53

13

73

- 2,4

- 1,8

573

- 1,2

423

* 0,6

0 273

гп ,г

О I 2 3 4 Т ,г О

а) . б)

Рис. 4. Реззсзп пергкзтри Т2якогогхч5па процзехв:

а - методополікзрні ТМ; б - Тії ка основі "ДДІ - BOG”

£ц - Ыи -

2 - № 0355-09 2 _ S№ 0355-09

V июоть-ог

10° - 10 "

б - \V 6 -

4 - 4 x Jf-3 0071-02

2 _ . І ... 2 « і і » і і - * -

а)

10

10а 103 ge

б)

610“ 24 ЇОЗ Re

Рас. б. ГідраздічкаЯ спір і тепловіддача в sssasas сітчастих ТИ

2S

Е u ю°

4

2

-і

10

б

4

4 б 10° 2 4 б 10 5' -

<к) б)

Рпс. б. Пдрездічкпй спір канеліз И із ПП:

а *• і/з, б/з; б - б/з

2 4 10а 2 4 10і Re

6 >о,за/э) / .

Ъ =1,2(б/э)

' \ В « 0,25Сб/э)

“ " ; -

- \

і , f , , T„— і і > »

зо

г

Кс,квг/(і£ю 5пр =о,ь

15

ІШ

О ІОО 200 а,кЕт/цг є) *

Кс,кВтАиг'Ю

10

)лраІ*8 їй

0,5 ш

Рис. 8. Теплопередача матричних вітаршківСа - кругла перф.,б - щільова перф.і: <2>- канал;о- р = 0,1;

Ф - р = 0,4

Рис. Середня тепловіддача дільниць поверглі Ш: І - фронтальна поверхня; 2 - Ш; 3 - проставяа;

4 - отвір; 5 - кориова поверхня

Рис. 9. і!одаль черукз КЫ сі тчсстого ТЫ

ЗІ

О 0,3 0,6 РУз,МПа

а)

І----------------------------------

\ ,Вт/(м*Ю ),36

),32

Q\

10

8

6

4

.ВтДкпК)- < І ^2 .

3 * 1 IS 1 і4

Е0~* 2 10° 2 а) 10 Ет,І/К

■ ,Вт/(и3.К)

. 3 2

і 1—і— і

IQ'4 2 Іб° 2 10 ЕТ,І/К

3. 193 273 353 і,Н рцС<хьТеплогідравлічаа сфектавиіс?ь

сітск і ШІ у ТУ: 1-5 045 (Ra = 0); 2 - Зі 015(R>jf 0)-,

З - ПП (d. з I izi, t = 1,5 vis)

Рас. 10. Теплопровідність БОС (б) і тогаічняй опір КЫ "ЛИ - БОС - ДДІ* (г.)

Т" і ІЗ л

а)

м<

м2

•Л'

?dQ

и

I do,

,2'dQj dQ*

6)

. 2Щ22223

'dQ7Tc,....

V77777V7n

........... ■ 4a.

' Tg'.r IdllaTci -Ц1

укхщжтагл

w^/fmis/m

“і 22S2

в)

Рас. 12. Теплоаі йодолі penjuspaTcpa: a - гмдеяь токзох С5ІКГД (TC); б “ модель ТГС-І • в - іюд2ль TTCL2; »• - ^оігяь ТТС-3 . "

б)

Рис. ІЗ. Ефективність рекуператора з термічне тонкиии стішееаа ( а - модель ТТС-2; б - модель ТГС-ЗУ:

І - р = 0,01; 2 - р = 0,1; 3-р=І;--- модель ТГС-І

Рйс. 14. Поадовзиій тепловий потік в стінках ТЫ

б

таг та.

- _Р, * 0 .

({її >1 і Шт

Р=0<^

А

0ик лГг

О 0,2 0,4 0,6 0,8 X

іш

Рис. 15. ПоздовзніЕ тепловий Рис. 16. Ькбір кзтоду проен

потік в стінці рекуператора туванщг

Сб.докл. Междунар.научн.конф. - Прага, 1962. - С.47-48.

7. Заблоцкдя Н.С., Притула В.В., Водил С.В. Определение оптимальных характеристик теплообменников криогенных установок // Холодил.техн. и технология. - 1976. - Вып.23. - С.42-44.

8. Заблоцкая Н.С., Притула В.В. Оценка эффективности теплообменного аппарата с учетом продольного теплопереноса вдоль его стенок //Химическое и нефтяное кашиностроение. - 1982. - ’Я. -

С.29.30.

9. Заблоцкая Н.С., Притула В.В. Исследование конвективного

теплообмена и анализ эффективности матричных рекуператоров // Теплокассообкен-УЗ: Сб.докл. Всесоюз.науч.конф.- Минск, 1980. -С. 130-135. .

10. Коваль-Гук С.Б., иритула В.В. Моделирование перекрестно-противоточных теплообменников МКС //Холодил.техн. я технология. -1991. - Выл.53. - С.24-27.

11. Коваль-Гук Ю.Б., Притула 3.3. Анализ геометрических параметров матричных теплообменников // Холодил.техн. и технология.

- 1985. - Вып.43. - С. 77-60.

12. Коваль-Гук Ю.Б., Притула В.В. Анализ эффективности матричных теплообменник аппаратов //Холодил.техн. и технология. -1985. - Вып.40. - С.12-16.

13. Попов В.В., Притула В.В., Коааль-Гук Ю.Б. Исследование течения жидкости в каналах матричных теплообменников из перфорированных пластин //Холодил.техн. и технология. - 1992. - Вып.55. С, 10-23.

14. Притула В.В. Теплообмен и гидравлическое сопротивление каналов сетчатых теплообменников // Холодил.техн. и технология. -1Ш.- Вып.39. - С. 15-17.

1о. Притула З.В. Основные соотношения проектного расчета матричных итогоканальных теплообменников // Холодил.техн. и технология. - 19ъ4. - Вып.39. - С.10-20.

16. Притула В.В. Экспериментальное исследование коэффициента теплопроводности стенок металлополимерных теплообменников //Холодил.техн. и технология. - 1966. - Вып.42. - С. 17-21.

17, Притула В.В. Исследование, проектирование и разработка матричных теплообменников криогенных установок //Криогеника-86: Сб.докл. Междунар.научн.конф. - Прага, 1966. - С. 62-65.

10. Притула а.В. Проектирование матричных рекуператоров. -Одесса, ХуоТ. - 62 с. - Деп. в УкрНИЙЬТЙ 14.01.87", 'ю82-Ук 87.

19. Притула В.В, Математическая модель теплопереноса в стенка^ рекуп|ратора // Холодил.техн. и технология. - 1991. - Вш.53.

20. Притула В.В., Попов В.В., Завита И.В. Теплотехническая надегшость проектных расчетов теплообменных аппаратов //Холодил, техн. и технология. - 1967. - Вып.45. - С. 63-68'.

21. Притула В.В., Коваль-Гук Ю.Б., Попов В.В. Анализ моделей проектного расчета высокоэффективных рекуператоров //Холодил, техн. и технология. - 198й. - Вып.46. - С. 28-32.

22. Притула В.В., Вивденко А.А. Теплотехнические характеристики каналов матричных теплообменников с дёлевой перфорацией // Холодил.техн. и технология. - 1991. - Вып.52. - С. 31-33.

23. Притула В.В., Попов В.В., Малышев Г.П. Экспериментальное исследование матричных испарителей /Аолодил.техн. и технология. - 1991. - Вып.52. - С. 42-44.

24. Притула В.В., Круглов В.С. Исследование теплопереноса

в стенна^^вухканального рекуператора /Молодил.техн. я технодо-

25. Пришла В.В., Копаль-Гук Б.Б. Влияние продольного теп-

допереноса на эффективность компактных рекуператоров // Тепломассообмен^- Ш$!: Сб.докл. Междунйр.научн.конф. - Минск, 19ЬЬ. -

26. Притула В.В., Круглов B.C. Влияние теплопроводности стенок теплообменника на его эффективность //Холодил.техн. и технология. - 1992. - Вып.э4. - С. 45-62.

27. Притула В.В., Попов 1).В. Визуальное исследование течения в каналах матричных теплообменников // Холодил.техн. и технология. - 19Э2, - Вып.54. - С. э2-55.

2Ь. Штейн І.Я., Юдина Е.Н., Пригула В.В. Проектирование ми-крокриогенных систем с охладителями ІисИорда-ьіакмагона /,/Холодил. техн. и технология. - 19ь7. - Зап.44. - С. 49-с1.

134504b; 137217b; 139712$; І4Ь93б9; 1510257; I569bll; I639I93; 1697500; I73b444; 172S2I0; І76Ь9І2; Ib0025o; ІЬ2СІо2.

ПОЗНАЧШій

А - коефіцієнта в рівняннях; СР - теплоємність, Дв/(кгА); сі _ діаігетр, и; F - поверхня теплообміну, м ; f - коефіцієнт сивого перерізу; К - коефіцієнт теплопередачі .^тДм^.К);

L - довкика, ы; Ы - витрата енергії на подолання гідравлічного опору, ^т; Р - тиск, иа; р - иористість; рц -параметр поздовжнього кроку; р - першетр поздованього теплового потоку; Q - тепловий потік, Ьт; q- _ густина теплового потоку, &г/ы ; г - корні характеристичного рівняння; Т -температура, Ь; "Ь - крок перфорації, м; W- водяний еквівалент, bpyft; швидкість у отворах ^, ід/с; ЗС, у , Z

- ортогональні координати, м; X - відносна продольна координата, и; ос - середній коефіцієнт тепловіддачі , %/( м^.л) ; р - кут віші» рад; 8 - тсвіцина, зазор, м; S - відносна

відстань; £ - ефективність теалообшнникь; 0 - відносна

і

температура; К - коефіцієнт теплопровідності, ЬТ/(М.Н); Еі^ Re , Nu - числа ьйлера, ^ейнольдее, %ссельт£.

ЩДЕКСИ і (КСРСЧЕШ

абт - автомодельний; кр - критичний; пер - перехідний; п -пластина; пр - простевке; с - стіккь; а - вздоед стінки

II - вздовя сіток (“**} ; ' - стосовно умов експерименту;

б/з - без вьащення перфорглії; і/а - із зшщенкям перфорації;

зь

^ - коізіозкціЯкий иатеріал; - коефіцієнт порісної дії, ВД - перфорована пластина; ^ - теплосЗіякніз матричдай.