автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Повышение эффективности теплообменных аппаратов за счет интенсификации теплообмена на поверхности с лунками

На правах рукописи

МАСКИНСКАЯ АННА ЮРЬЕВНА

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ЗА СЧЕТ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА НА ПОВЕРХНОСТИ

С ЛУНКАМИ

Специальность 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена на кафедре "Тепломассообменные процессы и установки" Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Сергиевский Эдуард Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Яновский Леонид Самойлович

кандидат технических наук,

доцент Попов Станислав Константинович

Ведущая организация: Московский Государственный

Университет Леса

Защита диссертации состоится "17" декабря 2004 года в 15 час. 00 мин. в аудитории Г-406 на заседании диссертационного совета Д 212.157.10 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: г. Москва, ул. Красноказарменная, дом 17.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим присылать по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная улица, дом 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Автореферат разослан: "16" ноября 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157.10

к.т.н., доцент__\\ ■ ^__Кулешов Н.В.

2005-4 3 StWf

3

UUl А Т б

Актуальность темы диссертации. 1 еплообменные аппараты занимают важное место в промышленной теплоэнергетике и составляют многочисленную группу теплосилового оборудования, занимая значительные производственные площади и превышая зачастую (по данным журнала АВОК) 50% стоимости общей комплектации не только в теплоэнергетике, но и химической, нефтеперерабатывающей промышленности и ряде других отраслей.

Следовательно, для решения такой актуальной проблемы для промышленной теплоэнергетики как рациональное использование топливно-энергетических ресурсов необходимо создание нового экономичного оборудования, снижение его металлоёмкости и габаритов, повышение эффективности и надёжности его работы.

Среди используемого теплообменного оборудования можно выделить два наиболее распространенных типа аппаратов - кожухотрубные и пластинчатые. Для этих теплообменников существуют различные способы интенсификации теплообмена: установка оребрения, нанесение шероховатости или серии углублений, выступы различной формы, лунки и т.д.

Обычно все методы интенсификации теплообмена связаны с ростом гидравлического сопротивления. При этом повышение эффективности теплообмена на 30-40% ведет к росту сопротивления на 40-60%.

Вихревой способ интенсификации теплообмена, к которому относятся сферические лунки, является одним из перспективных, поскольку при его реализации существует опережающий рост относительного коэффициента теплоотдачи по сравнению с ростом относительного коэффициента сопротивления. Дополнительные преимущества этого способа интенсификации заключаются в следующем: при нанесении лунок на поверхность требуется сравнительно простая технология, нанесение лунок не увеличивают вес конструкции, при тонких стенках на противоположной поверхности стенки образуются выступы, что приводит к увеличению коэффициента теплообмена и на этой стороне стенки.

Актуальность работы определяется тем, что все ранее опубликованные работы по исследованию этого способа интенсификации выполнены для развитого режима течения, поэтому в работе, в первую очередь, исследуются тепловые и гидродинамические характеристики на начальном участке, а также оценивается влияние этого способа интенсификации на характеристики пластинчатых и кожухотрубных теплообменников.

Целью работы является разработка метода расчета теплообменников промышленной теплоэнергетики (пластинчатых и трубчатых рекуператоров) и оценка повышения их эффективности при нанесении лунок на теплопередающую поверхность. Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. Провести экспериментальные исследования на начальном участке канала и получить данные по распределению температуры на поверхности пластины (с использованием тешшипанашилгс! .цртдда), на которой нанесены лунки при различном их раргШ^ШИ^Ц^ЧЦ j

' ' ЧГЩШ

2. Провести расчеты сопряженной задачи на модели рабочего участка при начальном и развитом режиме течения с целью апробирования метода расчета локальных характеристик в канале с лунками;

3. Получить некоторые обобщающие соотношения и провести расчеты для двух типов теплообменных аппаратов и определить количественные данные по повышению их эффективности.

Научная новизна:

1. Впервые проведены экспериментальные исследования по определению коэффициентов теплоотдачи на начальном участке прямоугольного канала при помоши тепловизора ИРТИС-200 и термопар, а также по перепаду давления на начальном участке канала и с различным расположением лунок на нижней стенке. Смоделирован рабочий участок экспериментальной установки и впервые проведены расчеты сопряженной задачи по определению скоростей, температур и перепаду давлений в канале с лунками и без них в режимных параметрах, отвечающих условиям проведения эксперимента.

2. По результатам экспериментальных исследований был сделан вывод об увеличении коэффициентов теплоотдачи для начального участка в канале с

лунками относительно гладкого канала — в 1.46, а в случае численного

моделирования в 1.32 раза. Также по результатам эксперимента отношение потерь давления в канале с лунками и без них составило 1.17, а из

расчета 1.28.

3. Проведено обобщение экспериментальных данных для плоских каналов при различных расположениях лунок и с учётом степени турбулентности и относительной глубины лунок для начальных участков и глубины лунок, относительной высоты канала для развитого режима течения, а также обобщение экспериментальных данных для труб с выступами и лунками в широком диапазоне чисел Рейнольдса, отношения глубины к диаметру лунок, плотности упаковки. Получены новые зависимости для расчета коэффициентов теплоотдачи и сопротивления при поперечном обтекании труб.

4. Проведена оценка увеличения КПД плоского коллектора при нанесении лунок на поверхность коллектора и оценка увеличения эффективности пластинчатых теплообменников, применяемых в системах кондиционирования.

5. Для рекуператоров проведены расчеты уменьшения габаритов при сохранении расхода топлива и степени подогрева воздуха (по сравнению с гладкими трубами), а также получены данные по увеличению подогрева воздуха, что приводит к уменьшению расхода топлива при неизменных геометрических параметрах рекуператора.

Достоверность. Приведенные в диссертационной работе научные данные и выводы базируются на проведенных численных и экспериментальных исследованиях, а также на сопоставлении результатов исследования с результатами других авторов (Лиграни, Мун и др.).

Практическая ценность. Разработанные расчетные программы (написанные в среде МаШСАО, Феникс Ридер) могут быть использованы для проведения проектных расчетов систем кондиционирования, теплоснабжения различных объектов, а также для высокотемпературных установок. Полученные зависимости могут быть использованы при проектировании кожухотрубных, пластинчатых теплообменников и коллекторов.

Основные положения, выносимые на защиту.-

1. Результаты экспериментальных исследований в канале с лунками на нижней поверхности, выполненные с использованием тепловизора и термопар и результаты расчёта трёхмерной сопряжённой задачи на модели адекватной экспериментальному рабочему участку.

2. Результаты сравнения расчётов в трёхмерной и одномерной постановке, зависимости для относительных коэффициентов Нуссельта и коэффициентов сопротивления для развивающегося и развитого режимов течения в каналах.

3. Обобщение экспериментальных данных для труб с выступами и лунками в широком диапазоне чисел Рейнольдса, отношения глубины к диаметру лунок, плотности упаковки.

4. Проведённые оценки увеличения КПД плоского коллектора, увеличения эффективности пластинчатых теплообменников, применяемых в системах кондиционирования и уменьшения габаритов кожухотрубных теплообменников при нанесении лунок на теплообменную поверхность.

5. Результаты расчетов по уменьшению расхода топлива в высокотемпературных установках при нанесении лунок на поверхность труб.

Апробация работы. Основные положения работы, результаты теоретических и расчетных исследований докладывались и обсуждались на 9 международных и всероссийских конференциях основными из которых являются: 5-й Минский международный форум по тепло - и массообмену (Минск, Май 2004), Межрегиональная научно-практическая конференция "Энерго- и ресурсосбережение как фактор социально - экономического развития регионов Центрального федерального округа". (Смоленск, Сентябрь 2003), Первая и Вторая Всероссийская школа-семинар молодых ученых и специалистов (Москва, Апрель 2002 и Октябрь 2004).

Публикации. Материалы, отражающие содержание диссертационной работы и полученные в ходе ее выполнения представлены 9 публикациями.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 139 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 21 таблицу, список литературы включает 63 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности темы диссертационной работы, связанной с экспериментальным и численным моделированием теплообменных аппаратов, формулируются основные цели и задачи.

В первой главе рассматриваются работы российских и зарубежных авторов, посвященные влиянию лунок, нанесенных на различные поверхности теплообмена, на коэффициенты теплоотдачи и сопротивления. Первая глава представляет собой обзор и анализ литературных источников по теме диссертационной работы.

Анализ результатов, полученных в экспериментах с профилированными поверхностями, показал практическое равенство или незначительное увеличение гидравлического сопротивления при существенном возрастании коэффициента теплоотдачи (до 35-40 %), но ни в одной работе не дано четкого объяснения этому явлению.

Несмотря на большое количество работ, нет зависимостей пригодных для расчетов характеристик в объектах промышленной теплоэнергетики, использующих поверхности со сферическими лунками и учитывающих влияние глубины лунок и степени турбулентности (для развивающихся режимов на начальных участках каналов), а также глубины лунок и высоты канала для развитых режимов течения.

Во второй главе приводятся данные экспериментального исследования в канале с лунками на нижней поверхности. Исследование проводилось на аэродинамической установке, работающей на нагнетание. Воздух из помещения нагнетается в рабочий участок экспериментальной установки центробежным вентилятором со скоростью потока до 15 м/с. Перед поступлением в канал воздух проходит через очистительные фильтры и специальный участок подготовки воздуха. Под нижней поверхностью канала расположен электрический нагреватель. Сверху нагревателя устанавливаются сменные исследуемые пластины.

Сменные пластины изготовлены из алюминия с различными расположениями лунок:

• пластина с 27 полусферическими углублениями, расположенными в коридорном порядке (рис.1);

• пластина с 28 полусферическими углублениями, расположенными в шахматном порядке.

-Ч

3

•н

Рис.1. Сменная пластина с 27 лунками, расположенными в коридорном порядке

К нижней части сменной пластины подводился постоянный тепловой поток р. Первоначально в эксперименте была исследована пластина без лунок. Для определения поля температур на поверхности пластины (Т„) был использован тепловизионный комплекс ИРТИС-200.

Для калибровки тепловизора на пластине были установлены хромель-копелевые термопары. Погрешность термопар в диапазоне от 0-100°С составляла ±2.5°С (по результатам калибровки с образцовым ртутным термометром, максимальная поправка к показаниям поверяемым термопарам была равна 1.2 °С). Было проведено сравнение экспериментальных данных в точках, расположенных на расстоянии 77.5, 112.5, 147.5, 182.5, 217.5 мм от переднего края пластины и по средней продольной линии канала с помощью термопар и тепловизионных измерений в соответствующих точках. Термопарные измерения при скорости набегающего потока 15 м/с показали значения температур 47.8,47.8, 49.2, 49.2 и 49.3°С. Тегоювизионные показания в этих точках оказались равными температурам 49, 49.2, 49.8, 49 и 49.9°С. Таким образом, максимальная разница между показаниями термопар и тепловизора составила 1.4°С. После проведения калибровки в канале устанавливались сменные пластины с 27-ю (коридорное расположение) или 28-ю (шахматное расположение) лунками.

Для пластины с 27-ю лунками рассмотрим лунку, расположенную в 8-м ряду по ходу течения воздуха, представленную на рис.2. Исследуемая область в окрестности лунки была разбита на несколько участков по длине и по ширине лунки.

С помощью тепловизионных измерений было получено температурное распределение на поверхности алюминиевой пластины с лунками и без лунок. Был произведен расчет для определения отношений коэффициентов теплоотдачи в гладком канале и в канале с лунками (несколько сечений по её длине и ширине). При постоянном тепловом потоке и увеличении поверхности теплообмена за счет лунок на 12 % был произведен расчет для определения отношений коэффициентов теплоотдачи в канале с лунками и в гладком канале (таблица №1).

Формула для определения коэффициента теплоотдачи имеет вид:

где среднемассовая температура воздуха Т, = 24 0С (для канала без лунок) и Т, = 26°С (для канала с лунками), Б - площадь пластины, [м2]

0.0241 0.0219

и

-* 0.01898

0 01606

I —----|

У, м 0 0139 I I 1

0.1661 01685 0.1709 0.1741 0.1765 -► X, м

Рис.2. Исследуемая лунка в укрупненном масштабе

В качестве примера на рис.3 представлено отношение коэффициентов теплоотдачи по длине исследуемой лунки.

Аналогично были получены данные по отношениям коэффициентов теплоотдачи и по длине рассматриваемой области. Оценка полученных результатов показала, что отношение коэффициентов теплоотдачи для всей

области лунки составило

Также было проведено экспериментальное определение скорости воздуха и перепада давления в канале.

Для гладкого канала, полное давление, а также его динамическая и статическая составляющие приведены в таблице №2. В строке 1 таблицы №2 показаны измерения на входе, в строке 2 - измерения на выходе из канала.

В таблице №3 представлены результаты для случая коридорного расположения 27 лунок на нижней пластине.

На основании проведенных измерений (Таблицы №2, №3) перепад давления для гладкого канала составляет ДРГЛ=5.9 Па, а для канала с лунками составляет ДРЛ=6.9 Па.

Таблица№ 1

Х=0.1709 м Х-0.1685 м Х=0.1741 м

У,м Т С Т1ЛиС а/агл Т"С Т иС * гл ^ а/агл ТиС тг,°с аАхгл

0,0139 46,0 53,2 1,46 46,0 53,0 1,45 46,1 53,1 1,45

0,0153 46,1 53,4 1,46 45,9 53,2 1,47 45,9 53,3 1,47

0,0168 47,1 53,6 1,40 47,1 53,6 1,40 46,1 53,7 1,48

0,0183 47,4 53,6 1,38 47,5 53,5 1,37 46,7 53,2 1,41

0,0197 47,2 54,0 1,42 47,5 53,8 1,39 46,7 53,9 1,44

0,0212 47,3 53,4 1,38 47,2 53,5 1,39 46,6 53,6 1,44

0,0226 46,6 53,1 1,41 45,4 53,2 1,51 45,5 53,3 1,50

0,0241 44,8 53,2 1,55 45,2 53,3 1,53 44,9 53,1 1,54 оЛх( я среднее СЬ^гл среднее

Средние значения: 1,43 1,44 1,47 1,45 1,46

1 56

0 0170 ' 001*90 * 0 0210 0 02Э0 0 0250

Г

У, мм -

->-Х=0 1709 м -«-.Х=01685 м 1741м ,

Рис. 3. Отношение коэффициентов теплоотдачи по ширине лунки

I ои

0 0130

0 0150

Таблица №2

№ Динамическое Скорость Статическое Полное

давление, [Па] и, [м/с] давление, [Па] давление, [Па]

1 145,2 15,5 9,8 155

2 150,1 15,8 3,9 157

Таблица №3

№ Динамическое Скорость Статическое Полное

давление, [Па] И, [м/с] давление, [Па] давление, [Па]

1 141,3 15,3 12,8 155

2 147,2 15,6 5,9 157

Отношение перепадов давления для канала с лунками и гладкого канала составляет а отношение коэффициента теплоотдачи равно

В третьей главе приведены расчеты локальных характеристик в канале при геометрических и режимных параметрах, близких к экспериментальным.

Система уравнений, описывающая процесс теплообмена при движении воздуха в теплообменном аппарате, включает в себя уравнение неразрывности, уравнения движения, уравнение энергии, уравнение кинетической энергии и уравнение диссипации энергии при соответствующих граничных условиях и

константах стандартной К-8 модели турбулентности. При решении уравнений используется пакет программ численного моделирования РИОЕ№С8, основой которого является метод контрольного объёма.

Рассмотрено турбулентное течение в прямоугольном канале, модель которого представлена на рис.4. Скорость воздуха и температура на входе в канал соответственно.

Размеры канала составляли: х = 0.3 м по длине, у = 0.04 м по ширине и z = 0.092 м по высоте. Высотой канала z является сумма высоты проходного сечения канала гпр =0.062 м, толщины текстолитовой пластины, толщины

воздушной прослойки и толщины исследуемой пластины из алюминия.

Рассмотрим трехмерную постановку задачу, то есть будем считать, что физические параметры, такие как скорость, давление и температура, будут изменяться по длине, ширине и высоте канала.

Аналогично анализу, проведенному с экспериментальными данными, были определены отношения коэффициентов теплоотдачи для канала с 27-ю лунками и гладкого канала.

\ Текстолитовая пластина

Электрический нагреватель

Рис.4. Модель рабочего канала

Температура алюминиевой пластины без лунок составила 48°С, а значение температуры пластины с лунками 44°С. Среднемассовая температура воздуха в первом случае была 23°С, а во втором 25°С. Таким образом, отношение

коэффициентов теплоотдачи составило 5Ь-. = \-),2- На рис.5 приведено

сравнение экспериментальных данных и результатов численного моделирования для сечения, находящегося на расстоянии Х=0.1741 м от входа в канал. Максимальная разница между экспериментом и численными данными по коэффициенту теплоотдачи составляет 13.1%. При численном моделировании в канале без лунок ДРГЛ = 3.34 Па, в канале с лунками ДР., =

4.267 Па. Их соотношение В эксперименте соотношение перепада

давления в канале с лунками и без них составило Таким образом,

их сравнение дает разницу в 8.4%.

! 1

1 *

льтат 31 ссперим ента

. к-———

!

Реэул ьтатчис ленног< модел I «ровани Я 1 1 1

1

! 1 I

1,5

1,5 1.4 1,3 1,2 1,1 1

0,0153 0,0163 0,0173 0,0153 0,0193 0,0203 0,0213 0,0223 0,0233

У.м

Рис.5. Сопоставление коэффициентов теплоотдачи в случае экспериментально! о и численного моделирования для сечения, находящегося на расстоянии Х=0.1741 м от

начала канала

Для сравнения полученных результатов с литературными данными, для развитого режима течения, при моделировании высота канала была уменьшена до 0.01 м. В качестве исследуемой была рассмотрена пластина из асбеста, гдеТ = 24.5 °С в канале без лунок; Т = 25.5 °С в канале с лунками.

В качестве примера приведем отношение коэффициентов теплоотдачи по ширине рассматриваемой области для сечения, находящегося на расстоянии 0.1741 м от начала канала. Для этого были использованы значения температур на поверхности пластин и осредненная температура воздуха в данном сечении. Осредненное отношение коэффициента теплоотдачи в рассматриваемой области составило 1.478.

Было проведено сравнение данных в сечении, находящемся на расстоянии Х=0.1741 м от начала канала с экспериментальными данными Лиграни, представленное на рис.6.

Были определены перепады давлений (между входом и выходом) в гладком канале и канале с лунками. В канале без лунок перепад давлений составил ДРГЛ = 16.11 Па, в канале с лунками ДР„ = 19 651 Па. Их отношение

Рис.6. Распределение отношения о/агл по ширине пластины из асбеста для сечения находящегося на расстоянии Х=0.1741 м от начала канала

Также в работе было проведено сравнение расчётных моделей в одномерной и трехмерной постановке. Расхождение между данными по результатам полей температур составляет менее 10%. Таким образом, для дальнейших расчетов была использована одномерная постановка задачи.

В четвертой главе произведен анализ, имеющихся в литературе данных по коэффициентам теплоотдачи и сопротивления. Предложены обобщающие формулы для определения отношений коэффициентов теплоотдачи и давления для плоских каналов и кожухотрубных рекуперативных теплообменников.

В работе предложена зависимость для оценки коэффициента теплоотдачи и сопротивления для начального участка канала, в которую входит не только отношение глубины к диаметру лунки, но и степень турбулентности потока на

входе, (в диапазоне:

Сравнение результатов этих зависимостей с экспериментом по отношению коэффициентов теплоотдачи для степени турбулентности потока Ти=6% составляет 5.2%, а по отношению перепада давления 13.9%.

Для развитого режима течения в канале при отношении высоты канала к

В этих зависимостях не учитывается взаимное расположение лунок, так как из экспериментальных исследований найден узкий диапазон продольных S1 и поперечных Бг шагов между лунками, в котором интенсификация теплообмена является эффективной: S1=S2=(1.5—2)D. Приведённые зависимости (4,5) были получены из результатов анализа экспериментальных данных с погрешностью для коэффициента теплоотдачи 6.0% и 9.4% для коэффициента сопротивления. В дальнейшем они были использованы в главе 5 для расчетов характеристик пластинчатых теплообменников и гелиоколлекторов.

Для кожухотрубных теплообменников с лунками при течении внутри труб, число Нуссельта по данным (Чен, Мюллер-Стейнхаген, Даффи, 2001) рассчитывалось как:

Ми.=С-Ке'п-Рг°

(6)

где коэффициенты Сит зависели от исходных геометрических параметров

С = 0.01369-

г-(§:

(11) т = 1.066'

I)

Коэффициент трения, рассчитывался как

Г^-Ке",

I = 0.0667

где

ш = -0.0977 а коэффициент сопротивления,

(г Vм" V

ш ■

-06333 г

л •

¿и -

(0

6_ Б

(8)

(9)

(10)

(П)

(7)

где, 5, [м] - глубина лунки; сЦ, [м] - внутренний диаметр трубы; р, [м] -расстояние между центрами лунок; Б, [м] - диаметр лунок.

Для поперечного обтекания пучка труб с лунками, экспериментальные данные (Беленький, Готовский и др., 1994) были обобщены в виде зависимости:

№луя=0.415-Ке'ш.Рг<ш (12)

К сожалению, данные по коэффициентам сопротивления для поперечного обтекания пучка труб противоречивы и можно лишь сделать вывод о незначительном изменении коэффициентов сопротивления по сравнению с обтеканием гладкого пучка.

В пятой главе рассмотрено применение луночных рельефов в теплообменных аппаратах промышленной теплоэнергетики. В работе рассматриваются три типа теплообменных аппаратов: пластинчатый теплообменник, солнечный коллектор и кожухотрубный теплообменник. Для каждого типа теплообменника и солнечного коллектора сопоставляется гладкая поверхность и поверхность с нанесённым луночным рельефом.

Был проведен расчет противоточного воздухо-воздушного пластинчатого теплообменника. Лунки были нанесены со стороны холодного теплоносителя, имеющего наименьшее значение коэффициента теплоотдачи. В расчетах использовались зависимости для определения числа Нуссельта и коэффициента сопротивления в случае развитого течения в канале с лунками, расположенными на нижней поверхности теплообмена при . В=3.210'3 м, 8=0.64 10"3 м и высоте канала Н= 6.14 10'3 м.

Таким образом, отношение коэффициентов теплоотдачи и сопротивления для облуненной поверхности и поверхности без лунок со стороны холодного теплоносителя, составило:

(13)

При этом эффективность пластинчатого теплообменника без лунок составила е = 0.609, а эффективность теплообменного аппарата с лунками е = 0.75.

При расчете солнечного коллектора, по стандартной методике, его КПД:

где, I, [Вт/м2] - интенсивность падающего излучения; Ш, [м] - ширина коллектора; L, [м] - длина солнечного коллектора.

При наличии же лунок на поверхности коллектора и их геометрических размерах:

коэффициент полезного действия коллектора составит Таким

образом, К.П.Д. коллектора возрастает на 10.7%.

Также был проведен расчет конструктивных параметров рекуперативного теплообменника для подогрева окислителя дымовыми газами, отходящими из рабочей камеры высокотемпературной технологической установки (ВТУ). Определено, как изменятся конструктивные параметры или расход топлива в случае применения теплообменника с лунками, нанесёнными на внутреннюю поверхность труб для радиационного и на внешнюю поверхность труб для конвективного теплообменника.

В работе рассмотрен случай, когда рекуператор обогревается отходящими дымовыми газами от плавильной печи. Дымовые газы протекают в межтрубном пространстве, а воздух течет внутри труб. Результаты расчета представлены в Таблице №4, где а1- коэффициент теплоотдачи внутри труб; а2 - коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве; К - коэффициент теплопередачи; Н -площадь теплообменной поверхности; Ь - длина труб рекуператора.

Таблица № 4

Теплообменник аь [Вт/м'К] а2, ГВт/м'К] К, [Вт/м2К1 н, И и N

Радиационный 36.0 77.7 17.0 377.9 12.4

Радиационный с 49.7 73.3 20.5 313.4 10.3

лунками

Конвективный 36.0 78.5 17.3 337.8 11.1

Конвективный с 38.1 82.3 20.8 279.9 9.2

лунками

Таким образом, при увеличении коэффициента теплоотдачи можно уменьшить габариты кожухотрубных теплообменников.

Однако если оставить геометрические характеристики теплообменника без изменений, то в этом случае увеличение коэффициента теплоотдачи приведет к уменьшению логарифмического температурного напора.

Для конвективного теплообменника без лунок коэффициент теплопередачи составит к=17.3 Вт/м2К, а при применении лунок он увеличится до кл=20.8 Вт/м2К. В этом случае ДТ ог уменьшится и вместо А1 = 745 °С, станет равно

Дг = 620 °С. Вследствие уменьшения ДТяог температура воздуха на выходе из рекуператора увеличится с Ц = 500 °С до ^ = 713°С.

Таким образом, расход топлива уменьшится с В, =0.6186 до В2= 0.528

м3/с.

Годовая экономия топлива: АВгоа = (В, - В2) • п • 3.6 = (0.6186 -0.5280)• 7500-3600 = 2446.2 тыс. м3/год, что составляет 14.6% расхода топлива, где п - количество часов работы установки в год.

Основные результаты работы

1. Вихревой способ интенсификации теплообмена, к которому относится лунки показал, что в литературе представлены данные только для развитого режима течения и в связи с этим в работе проведены экспериментальные исследования температур стенки и воздуха на начальном участке прямоугольного канала с гладкими стенками и канала с лунками при их различном расположении при помощи тепловизора ИРТИС-200 и термопар, а также по перепаду давления и определены коэффициенты теплоотдачи. Смоделирован рабочий участок экспериментальной установки с помощью вычислительной программы РНОЕ№С8 версии 3.5 и проведены расчеты сопряженной задачи по определению скоростей, температур и перепаду давлений в канале с лунками и без них при режимных параметрах, отвечающих условиям проведения эксперимента.

2. Результаты экспериментальных исследований показали увеличение коэффициентов теплоотдачи для начального участка в канале с лунками относительно гладкого канала в 1.46 раза, в то же время как отношение перепада давления в канале с лунками и без них составило - 1.17. В результате численного моделирования были получены данные по отношению

= 1.277- Видно, что согласование экспериментальных и численных

данных по отношению коэффициентов теплоотдачи составило 9.6% , по перепаду давлений в канале 8.4%, что позволяет считать метод с использованием уравнений неразрывности, движения, энергии и К-Е модели может быть использован для проведения проектных расчетов в аналогичных каналах.

3. Сравнение одномерной и трехмерной постановки задачи для начального и развитого гидродинамического течения показало, что для течения в канале это расхождение не превышает 10%.

4. Проведено обобщение экспериментальных данных по коэффициентам теплообмена и сопротивления для плоских каналов при различных расположениях лунок с учётом степени турбулентности и относительной глубины лунок для начальных участков, а также глубины лунок и относительной высоты канала для развитого режима течения при отношении

высоты канала к диаметру лунки, лежащего в диапазоне

5. На основании полученных данных проведена оценка увеличения КПД плоского коллектора на 10.7% при нанесении лунок на его поверхность и увеличения эффективности пластинчатых теплообменников на 18.8%.

6. Для кожухотрубных теплообменников проведены расчеты по уменьшению габаритов на 17% при сохранении расхода топлива и степени подогрева воздуха (по сравнению с гладкими трубами), а также проведены расчеты при

коэффициентов теплоотдачи и перепаду давлений в канале:

увеличении подогрева воздуха, что приводит к уменьшению расхода природного газа на 14.6% при неизменных геометрических параметрах рекуператора.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Маскинская А.Ю. Расчет трения и теплообмена в канале с углублениями на нижней поверхности // Восьмая международная науч.-техн. конф. студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика": Тез. докл. - М., 2002.- т.З.- С. 42.

2. А.Ю. Маскинская, А.В. Медведев, В.П. Мотулевич, Э.Д. Сергиевский. Экспериментальное исследование распределения температур на поверхности с лунками с использованием термовизионного комплекса "ИРТИС-200" // Труды первой Всероссийской школы-семинара молодых ученых и специалистов "Энергосбережение - теория и практика". - 2002. - С. 85-86.

3. Маскинская А.Ю. Интенсификация теплоотдачи в теплообменных аппаратах и использованием полусферических углублений на поверхности. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. // Девятая международная науч.-техн. конф. студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика": Тез. докл. - М., 2003.-т.2.- С. 292.

4. Маскинская А.Ю., Сергиевский Э.Д. Экспериментальные исследования температур поверхностей с использованием тепловизора. // Межрегиональная научно-практическая конференция "Энерго- и ресурсосбережение как фактор социально - экономического развития регионов Центрального федерального округа": докл. - Смоленск, 2003.-Т.1.-С. 59-62.

5. Криницкий Е.В., Маскинская А.Ю., Сергиевский Э.Д. Экспериментальные исследования температур поверхностей с использованием зондовых и тепловизионных измерений // Первая научная школа-конференция "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинимики": Тез. докл. - Алушта, 2003.- С. 27-30.

6. Маскинская А.Ю. Экспериментальные и расчетные исследования в канале с лунками на нижней стенке. // Десятой международная науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. - М., 2004.- т.2.- С. 348-349.

7. Криницкий Е.В., Маскинская А.Ю., Мотулевич В.П., Сергиевский Э.Д. Экспериментальные и расчетные исследования температур поверхностей с системой лунок с использованием тепловизора // Пятый Минский международный форум по тепло - и массообменну: Тез. докл. -Минск, 2004.-Т.1.-С. 94-96.

8. Маскинская А.Ю., Сергиевский Э.Д., Власенко А.С. Повышение эффективности теплообменника - рекуператора путем нанесения лунок

т 4 о,?*

[а-конференция лю

на поверхность труб // Вторая научная вопросы авиационных и аэрокосмических систем. Процессы, модели, эксперимент": Тез. докл. - Алушта, 2004.- С. 149-151.

9. Экспериментальные и расчетные исследования гидродинамики и теплообмена в канале с лунками / А.Ю. Маскинская, А.В. Медведев, В.П. Мотулевич, Э.Д. Сергиевский // Труды второй Всероссийской школы-семинара молодых ученых и специалистов "Энергосбережение — теория и практика". - 2004. - С. 323-327.

РНБ Русский фонд

2005-4 18622

Тираж 100 ЗаказШ

Типография МЭИ (ТУ), Красноказарменная ул., д. 13

Условные обозначения.

Введение.

Глава 1 Обзор литературы.

Глава 2 Экспериментальное исследование в канале с лунками на нижней поверхности.

2.1 Описание экспериментальной установки.

2.2 Методика проведения эксперимента для определения температуры и коэффициента теплоотдачи.

2.2.1 Обработка результатов эксперимента по теплообмену.

2.3 Измерения перепадов давления в канале.

Глава 3 Расчёт тепловых и гидродинамических характеристик для различных видов теплообменных каналов с лунками.

3.1 Математическая модель расчёта теплообменных аппаратов.

3.2 Модель канала теплообменного аппарата.

3.3 Модель канала с лунками на нижней стороне канала.

3.3.1 Сравнение данных численного моделирования с экспериментом.

3.4 Развитое течение в канале со сменной пластиной из асбеста.

Глава 4 Анализ экспериментальных данных.

Глава 5 Применение луночных рельефов в теплообменных аппаратах промышленной теплоэнергетики.

4* 5.1 Пластинчатый теплообменник с луночным рельефом.

5.1.1 Расчёт противоточного воздухо-воздушного пластинчатого теплообменника.

5.2 Расчёт солнечного коллектора.

5.3 Расчёт рекуператора.

5.3.1 Тепловой баланс печи.

5.3.2 Пример расчёта рекуператора.

Выводы.

Теплообменные аппараты занимают важное место в промышленной теплоэнергетике и составляют исключительно многочисленную группу теплосилового оборудования, занимая значительные производственные площади и превышая зачастую 50% стоимости общей комплектации не только в теплоэнергетике, но и химической, нефтеперерабатывающей промышленности и ряде других отраслей. Следовательно, для решения такой актуальной проблемы для промышленной теплоэнергетики как рациональное использование топливно-энергетических ресурсов необходимо создание нового экономичного оборудования: снижение его металлоёмкости и габаритов, повышение эффективности и надёжности его работы.

Для достижения поставленных целей улучшения характеристик теплоэнергетического оборудования необходимо разрабатывать новые конструкции теплообменных аппаратов: увеличивать эффективность теплообменных поверхностей, применять современные подходы к проектированию теплообменных аппаратов, создавать новые технологии их производства.

Поэтому правильный выбор теплообменников и их теплообменных поверхностей представляется исключительно важной задачей.

К настоящему времени среди используемого теплообменного оборудования можно выделить два наиболее распространенных типа аппаратов - кожухотрубные и пластинчатые.

В теплообменниках существуют различные способы интенсификации теплообмена: установка оребрения, нанесение шероховатости или серии углублений, выступы различной формы, лунки и т.д.

Обычно все методы интенсификации теплообмена связаны с ростом гидравлического сопротивления. При этом повышение эффективности теплообмена на 30-40% ведет к росту сопротивления на 40-60%. Следовательно, важной представляется задача поиска геометрий теплообменных поверхностей которые обладали наибольшим значением коэффициента теплоотдачи при минимально возможном значении коэффициента гидравлического сопротивления (мощности, затрачиваемой на прокачку теплоносителя).

Вихревой способ интенсификации теплообмена, к которому относятся сферические лунки, является одним из самых перспективных, поскольку при его реализации существует опережающий рост относительного коэффициента теплоотдачи по сравнению с ростом относительного коэффициента сопротивления. Дополнительные преимущества этого способа интенсификации заключаются в следующем — при нанесении лунок на поверхность требуется простая технология (особенно для лунок полусферической формы). Нанесение лунок не увеличивают вес конструкции, кроме этого при тонких стенках на противоположной поверхности стенки образуются выступы, что приводит к увеличению коэффициента теплообмена и на этой стороне стенки.

Для того чтобы отдать предпочтение тому или иному способу интенсификации надо сопоставить их по энергетической эффективности.

Для сопоставления теплообменных поверхностей по их энергетической эффективности существуют различные методики. В работе [1] приведен подробный обзор подобных методик, из которого ясно, что характер сопоставления зависит от поставленной задачи. Кроме этого, очевидно, следует разделять сопоставление теплообменных аппаратов, теплообменных поверхностей и элементов теплообменных поверхностей.

Для теплообменного аппарата, в целом, количество переменных, определяющих его эффективность, довольно велико. Например, для компактного теплообменника наибольшую роль играет способ размещения интенсифицирующих элементов на поверхности, расстояния между ними, геометрические характеристики.

-8В основе всех многочисленных методик, для сравнительной оценки эффективности поверхностей теплообмена, заложены методические основы, предложенные М.В. Кирпичевым [2] и A.A. Гухманом [3].

М.В. Кирпичев в работе [2] ввел в рассмотрение понятие эффективности Е = Q/N для оценки тепловых и гидродинамических качеств поверхности.

Методический подход М.В. Кирпичева получил довольно широкое развитие при решении многих задач по сопоставлению поверхностей теплообмена. Наложение ряда условий, при сопоставлении поверхностей по Е, приводит к тому, что метод М.В. Кирпичева трансформируется в метод A.A. Гухмана [3]. Это свидетельствует о том, что критерий Е не противоречит остальным характеристикам поверхностей теплообмена, а является составной частью в ряде различных характеристик.

В работе [4] предложен метод, который, позволяет отказаться от приравнивания двух критерием из KV(KF), Kq, и Kn единице. Благодаря этому можно наглядно показать повышение передаваемой тепловой мощности при снижении затрат на прокачку теплоносителя и уменьшении объёма теплообменника, либо, в зависимости от предъявляемых по условию эксплуатации требований, оценить возможность улучшения по одному показателю, пренебрегая качеством других. В предлагаемом методе сравнения [4] показатели степени числа Рейнольдса в критериальных уравнениях для определения числа Нуссельта и коэффициента сопротивления в исследуемой и эталонной поверхностях могут не совпадать, в отличие от метода [5], в котором они должны быть равны, что является дополнительным преимуществом, так как эти показатели меняются при изменении способа интенсификации теплообмена. В этом методе, в отличие от большинства предложенных, сравниваются не площади поверхности теплообмена F, а объёмы теплообменников V, то есть рассматривается коэффициент Ку, что представляется более целесообразным. Как было указано метод основан на использовании критериев эффективности по тепловой мощности Kq = Q!Qэ, мощности, затрачиваемой на прокачку теплоносителей ^ = N/N3, и объему теплообменников Ку = У/Уз.

Зависимость, связывающая критерии эффективности Кд, Км, Ку, имеет следующий вид [3,4]:

-4/?-2

•Кп = Ыи(Яе) / N11 э (Яе) <р<. с1 ,р ----- . . „ -------ЛАгЛК •

Ке)/^Э(Ке)]'

Где индекс "э" относится к эталонной поверхности (теплообменному аппарату). Черта над величиной означает отношение рассматриваемого значения к значению в эталонном теплообменнике. (рр = Рж/Г — коэффициент живого сечения; ф^ = БсИУ-коэффициент компактности.

Это соотношение получено при следующих условиях:

• диапазоны изменения температур и температурные напоры в рассматриваемом и эталонном теплообменниках близки;

• значения физических свойств каждого теплоносителя в обоих теплообменниках полагаются равными;

• число Нуссельта и коэффициент гидравлического сопротивления в эталонном теплообменнике описываются степенными зависимостями от числа Рейнольдса: = СмЯеэ , = ОДеэ ; при этом р = т/(3-к).

Критерий эффективности К й <Р5

Для оценки Кд = 4 ' э КГЫК\,р примем Кы, Ку, ср5, Фг и <1=1.

Ке)/ дДКе)] ^

Тогда К - Ки(Ке)/Ки-(Ке) гле * = тКЪ-кЛ Ка ~ (Яе)]' ' * Р С

Из работы [6] т=0.8, к=0.25, следовательно,/? = 0.29.

Число Нуссельта для поверхности с лунками приближённо можно получить из следующей зависимости:

0.061 Ке°'74==0.061 (2-105)°'74=510.61

Для течения в канале (эталонная поверхность):

Шэ=0.023'Ке08Рг0'4=0.023'(2'105)0'8(0.71)°'4=347.19

Соответственно, для коэффициентов сопротивления:

0.364'Ке"0'18=0.3 64(2' 105)"0'18=0.0404 э=0.316 Яе"0 25=0.316(2" 105)"025=0.015

Тогда, показатель эффективности: ^(Ке)/Ки,(Ке)=(51() 61/347Л9)/ 0404/() Ш5 0.29=:1Л

Если же воспользоваться данными из работы [4], то к Ыи(Ке)/Ыиэ(Ке)1 523 0 [£(11е)/<Гэ(11е)Г и тогда можно считать, что использование лунок дает бесспорное преимущество по сравнению с другими способами интенсификации теплообмена (конечно, при этом нужно учитывать дополнительные затраты, связанные с изготовлением такого рода поверхностей).

На Рис.1 и Рис.2 представлены зависимости для тепловой эффективности и относительного числа Нуссульта в зависимости от относительного коэффициента сопротивления.

На Рис.1 приведена зависимость отношения чисел Нуссельта к сопротивлению трения от безразмерного сопротивления трения для различного вида интенсификации теплообмена [7]. Отношение безразмерного коэффициента теплоотдачи к безразмерному коэффициенту сопротивления в степени 1/3 в зарубежной литературе называют тепловой эффективностью и обозначают ТР. На графике приведены данные таких интенсификаторов теплообмена как: прямоугольные ребра, круглые ребра, вращающиеся камеры, лунки, нанесенные на одну сторону теплообменной поверхности, на обе стороны, а также углубления, полученные в результате образования лунок на обратной стороне теплообменной поверхности (выступы), поверхностная шероховатость и гладкая теплообменная поверхность. Видно, что тепловая эффективность при использовании лунки является наиболее предпочтительной по сравнению с другими видами интенсификаторов. ив/ (№0) 3.0 тт

25 "пГ

I • X

2.0 д - Чунки-высщт а 0 Пунки-.туикы

1.0

1.5

0.5

0.0

012 10 20 30 40 50 60 70 80

Жо

Рис.1. Зависимость тепловой эффективности от безразмерного коэффициен та сопротивления для различных способов интенсификации теплообмена

На Рис.2 кроме выше перечисленных интенсификаторов теплообмена отмечена область влияния шероховатости, кольцевые выступы, а также отмечена аналогия Рейнольдса.

Nu/Nu0 5.0 а

7-ö и

4.0

2.0

3.0

1.0 а

Л Ifyttxu-etHxityma Лунки-луики

0.0 5

10

15 CJ Гладкий каши

1-/7 • flKATAfW Pi ttHAlbOCil ii-fi - оАгасть слияния па-рол они ntoaiitf о • каятгеъи сыстуяы М.

Рис.2. Зависимость безразмерного числа Нуссельта Nu/Nu« от безразмерного коэффициента сопротивления £;/£,« для различных способов интенсификации теплообмена

Из графика видно, что безразмерный коэффициент теплоотдачи для лунок, нанесенных с одной стороны теплообменной поверхности, а также частично и с двух сторон лежат выше линии аналогии Рейнольдса, то есть коэффициент теплоотдачи возрастает значительнее коэффициента сопротивления трения, что предопределило интерес к этой проблеме [8].

Надо отметить, что в работах различных авторов приводятся разные цифры по увеличению относительного коэффициента теплоотдачи и коэффициента сопротивления. В работах [7,9] и [10] (узкие каналы) указывается величина до 2.5 раз. В работе [Ii] отмечено, что другие исследования ставят эти результаты под сомнение и говорят, что интенсификация с помощью лунок имеет тот же характер, что и интенсификация с помощью ребер, штырьков, выступов [8]. С этим сразу можно не согласится, если посмотреть на график, где приведены данные по этим способам интенсификации. В этой же работе [11] со ссылкой на обзор [12] кажущиеся противоречия объясняются тем, что гидродинамика и теплообмен при обтекании лунок зависят от многих факторов, как режимных, так и конструктивных.

Каналы со сферическими выемками устойчиво применяются в современной промышленной практике - в авиатехнике, энергетике. Более того, каналы со сферическими выемками включены в нормы проектирования, регламентирующие производство новых водо-водяных теплообменников ЦКТИ для систем теплоснабжения. Для подогревателей типа ПВМР, изготавливаемых на АООТ "НПО ЦКТИ", тепловая эффективность в сравнении с выпускаемыми аппаратами по ГОСТ 27590 (с перегородками в пучках) при гладких трубках в пучках примерно на 30-35%, а в случае применения профильно-витых трубок или трубок, имеющих на поверхности формованные сфероидальные лунки, - на 50-60%. В этих теплообменниках с каналами со сферическими выемками поверхность теплообмена сокращается на 50% по сравнению с гладкотрубным аппаратом [13]. Можно также привести примеры применения лунок для теплообменных поверхностей пластинчатых теплообменников систем отопления и кондиционирования [14], коллекторов гелиоустановок, рекуператоров в металлургической промышленности, конвективных секции подогревателей при сжигании газа в химической промышленности [15].

Однако для широкого рационального, экономически оправданного применения каналов со сферическими выемками на практике необходимы достоверные методы теплогидравлического расчета интенсифицированных аппаратов.

Актуальность работы: Вихревой способ интенсификации теплообмена, к которому относятся сферические лунки, является одним из перспективных, поскольку при его реализации существует опережающий рост относительного коэффициента теплоотдачи по сравнению с ростом относительного коэффициента сопротивления. Дополнительные преимущества этого способа интенсификации заключаются в следующем: при нанесении лунок на поверхность требуется сравнительно простая технология, нанесение лунок не увеличивают вес конструкции, .при тонких стенках на противоположной поверхности стенки образуются выступы, что приводит к увеличению коэффициента теплообмена и на этой стороне стенки.

Актуальность работы определяется тем, что все ранее опубликованные работы по исследованию этого способа интенсификации выполнены для развитого режима течения, поэтому в работе, в первую очередь, исследуются тепловые и гидродинамические характеристики на начальном участке, а также оценивается влияние этого способа интенсификации на характеристики пластинчатых и кожухотрубных теплообменников.

Целью диссертационной работы является разработка метода расчета теплообменников промышленной теплоэнергетики (пластинчатых и трубчатых рекуператоров) и оценка повышения их эффективности при нанесении лунок на теплопередающую поверхность. Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. Провести экспериментальные исследования на начальном участке канала и получить данные по распределению температуры на поверхности пластины (с использованием тепловизионного метода), на которой нанесены лунки при различном их расположении;

2. Провести расчеты сопряженной задачи на модели рабочего участка при начальном и развитом режиме течения с целью апробирования метода расчета локальных характеристик в канале с лунками;

3. Получить некоторые обобщающие соотношения и провести расчеты для двух типов теплообменных аппаратов и определить количественные данные по повышению их эффективности.

Научная новизна:

1. Экспериментально на начальном участке прямоугольного канала с лунками, расположенными на нижней стенке для Ие =105-КЗ'105 показан опережающий рост коэффициентов теплоотдачи по сравнению с потерями давления = 1.46 -^ = 1.17, а 'АР и-гл гл

2. Получены аппроксимационные зависимости для расчета коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления при различном расположении лунок с учётом степени турбулентности и относительной глубины лунок для начальных участков, а также глубины лунок и относительной высоты канала для развитого режима течения.

3. Обобщены экспериментальные данные для труб с выступами и лунками в диапазоне чисел Рейнольдса (Яе = 4'103-КМ04), отношения глубины к диаметру лунок ( 8/Е)=0.1-Ю.4) при их поперечном обтекании.

Достоверность. Приведенные в диссертационной работе научные данные и выводы базируются на проведенных численных и экспериментальных исследованиях, а также на сопоставлении результатов исследования с результатами других авторов [7,9-10].

Практическая ценность. Разработанные расчетные программы (написанные в среде МаШСАБ, Феникс Ридер) могут быть использованы для проведения проектных расчетов систем кондиционирования, теплоснабжения различных объектов, а также для высокотемпературных установок. Полученные зависимости могут быть использованы при проектировании кожухотрубных, пластинчатых теплообменников и коллекторов.

Выводы:

1. Анализ данных по вихревому способу интенсификации теплообмена, к которому относятся лунки показал, что в литературе представлены данные только для развитого режима течения и в связи с этим в работе проведены экспериментальные исследования температур стенки и воздуха на начальном участке прямоугольного канала с гладкими стенками и канала с лунками при их различном расположении при помощи тепловизора ИРТИС-200 и термопар, а также по перепаду давления и определены коэффициенты теплоотдачи. Смоделирован рабочий участок экспериментальной установки с помощью вычислительной программы РНОЕМСБ версии 3.5 и проведены расчеты сопряженной задачи по определению скоростей, температур и перепаду давлений в канале с лунками и без них при режимных параметрах, отвечающих условиям проведения эксперимента.

2. Результаты экспериментальных исследований показали увеличение коэффициентов теплоотдачи для начального участка в канале с лунками относительно гладкого канала в 1.46 раза, в то же время как отношение перепада давления в канале с лунками и без них составило - 1.17. В результате численного моделирования были получены данные по отношению

УлР =1.277. Видно, что согласование экспериментальных и численных гл данных по отношению коэффициентов теплоотдачи составило 9.6% , по перепаду давлений в канале 8.4%, что позволяет считать метод с использованием уравнений неразрывности, движения, энергии и К-Е модели может быть использован для проведения проектных расчетов в аналогичных каналах.

3. Сравнение одномерной и трехмерной постановки задачи для начального и развитого гидродинамического течения показало, что для течения в канале это расхождение не превышает 10%. коэффициентов теплоотдачи и перепаду давлений в канале:

4. Проведено обобщение экспериментальных данных по коэффициентам теплообмена и сопротивления для плоских каналов при различных расположениях лунок с учётом степени турбулентности и относительной глубины лунок для начальных участков, а также глубины лунок и относительной высоты канала для развитого режима течения при отношении

Н 1 о высоты канала к диаметру лунки, лежащего в диапазоне — = 1 ч- 2.

5. На основании полученных данных проведена оценка увеличения КПД плоского коллектора (на 10.7%) при нанесении лунок на его поверхность и увеличения эффективности пластинчатых теплообменников (на 18.8%).

6. Для кожухотрубных теплообменников проведены расчеты по уменьшению габаритов (на 17%) при сохранении расхода топлива и степени подогрева воздуха (по сравнению с гладкими трубами), а также проведены расчеты при увеличении подогрева воздуха, что приводит к уменьшению расхода природного газа (на 14.6%) при неизменных геометрических параметрах рекуператора.

1. Калафати Д.Д., Попалов В.В. Оптимизация теплообменников по эффективности теплообмена. М.: Энергоатомиздат, 1986.

2. Кирпичёв М.В. О наивыгоднейшей форме поверхностей нагрева // Известия энергетического института им. Г.М. Кржижановского, 1944.-Т.12. -с.5-8.

3. Гухман А.А., Интенсификация конвективного теплообмена и проблема сравнительной оценки теплообменных поверхностей // Теплоэнергетика, 1977.-№4.-С. 5-8.

4. Валуева Е.П., Доморацкая Т.А. Оценка теплогидравлической эффективности рекуперативных теплообменных аппаратов // Теплоэнергетика, 2002.- №3.- С. 43-48.

5. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Копп И.З., Мякочин А.С. Эффективные поверхности теплообмена. М.:Энергоатомиздат, 1998.

6. Почуев В.П., Луценко Ю.Н., Мухин А.А. Теплообмен в охлаждаемых лопатках высокотемпературных газовых турбин // Труды первой Российской национальной конференции по теплообмену. 1994. Т.8. С.178-181.

7. Ligrani P. М., Oliveira М.М., Blascovich Т. Comparison of Heat Transfer Augmentation Techniques, AIAA Journal, Vol.41, №3, March 2003

8. Дрейцер Г.А. Критический анализ современных достижений в области интенсификации теплообмена в каналах // Труды 2-ой Российской национальной конференции по теплообмену (РНКТ 2). Т.6. Интенсификация теплообмена. М.: Изд-во МЭИ. 1998. С. 55-59.

9. MIF-2004 Электронный ресурс.: Статьи с Минского Международного форума по тепломассообмену. Секция №1, 1-69. Минск, 2004.- 1 электрон, опт. диск (CD-ROM). - Загл. с титул, экрана.

10. Леонтьев А.И., Олимпиев В.В., Дилевская Е.В., Исаев С.А. Существо механизма интенсификации теплообмена на поверхности со сферическими выемками. // Известия АН. Энергетика. 2002. №2., с.117-135.

11. Пермяков В.А., Пермяков К.В., Якименко А.Н., Нейбургер А.Н. К вопросу выбора типа водо-водяных подогревателей для систем теплоснабжения. -Промышленная энергетика, 1997, №4, с.37-44.

12. Компания Tranter. Теплообменники Maxchanger // Пластинчатые теплообменники Электронный ресурс.- Режим доступа: www.tranterphe.com/phe/maxchanger/maxchanger.htm.

13. Yaroslav Chudnovsky, Harry S. Kurek, Aleksandr Koslov. Dimpled Tube Technology for Heat Transfer Enhancement in Chemical Industry Process Heaters. ASME Paper No 95-GT-59, ASME 40th Intl. Gas Turbine and Aero Congress, 1995, Houston, pp. 1 -10.

14. Новый способ интенсификации конвективного теплообмена: Отчет ЦКТИ им. И.И.Ползунова. Руководитель темы Н.А.Скнарь. Инв. N6323/0-1388. -Л., 1952. -134с.

15. Фастовский В.Г., Петровский Ю.В. Теплоотдача и сопротивление при течении воздуха в пакете из листов с полусферическими выступами. // Теплоэнергетика. -1959. -N1. -с.14-16.

16. Афанасьев В.Н., Леонтьев А.И., Чудновский Я.П. Трение и теплообмен на поверхностях, профилированных сферическими углублениями: Препр. МГТУ им. Н.Э.Баумана N 1-90. М.: Изд-во МГТУ, 1990, 118 с.

17. Kimura Т., Tsutahara М. Fluid dynamic effects of grove on circular cylinder surface. // AIAA Journal -1991. -v.29.-N12.-p.2062-2068.

18. Moon S. W., Lau S. С., Turbulent Heat Transfer Measurements on a Wall Concave and Cylindrical Dimples in a Square Channel, Proceedings of ASME GT-2002-30208, ASME Turbo Expo 2002, Amsterdam.

19. Juin Chen, Hans Muller-Steinhagen, Geoffrey G. Duffy. Heat transfer enhancement in dimpled tubes. // Applied Thermal Engineering 21(2001), pp.535-547.

20. Исаев С.А., Леонтьев А.И., Баранов П. А. Идентификация самоорганизующихся структур при численном моделировании турбулентного обтекания лунки на плоскости потоком несжимаемой жидкости // Письма в ЖТФ. 2000. Т.26. Вып.1. С.28-35.

21. Исаев С.А. численное моделирование вихревого теплообмена в организованных и самоорганизующих отрывных течениях // Труды XIII Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И.Леонтьева. 2001. Том 1. С.28-31.

22. Haugen R.L. and Dhanak A.M. Heat transfer in turbulent boundary layer separation over a surface cavity. // Trans. Am. Soc. Mech. Engrs, Series C, Int. J. Heat Mass Transfer 89. 1967, pp.335-340.

23. Yamamoto H., Seki N., and Fukusako S. Forced convection heat transfer on heated bottom surface of a cavity. // Trans. Am. Soc. Mech. Engrs, Series C, Int. J. Heat Mass Transfer 101. 1979, pp.475-479.

24. Richards R.F., Young M.F. and.Haiad J.C. Turbulent forced convection heat transfer from a bottom heated open surface cavity. // Int. J. Heat Mass Transfer. Vol.30, No.11, pp.2281-2287, 1987.

25. Александров A.A, Горелов Г.М., Данильченко В.П., Резник B.E. Теплоотдача и гидравлическое сопротивление при обтекании поверхности с развитой шероховатостью в виде сферических углублений. // Промышленная теплотехника 1989, т.11, N '6, с. 57-61.

26. Дикий В.А., Легкий В.М. Оптимизация геометрических параметров каналов с полусферическими выступами. // Промышленная теплотехника. -1989. -Т.П. -N5. -с.107-109.

27. Беленький М.Я., Готовский М.А., Леках Б.М. Экспериментальное исследование тепловых и гидравлических характеристик теплообменных поверхностей, формованных сферическими лунками. // Теплофиз. высоких тем. -1991. -т.29, N-6, с. 1142-1147.

28. Величко В.И., Пронин В.А. Интенсификация теплоотдачи и повышение энергетической эффективности конвективных поверхностей теплообмена //М.: Изд-во МЭИ, 1999.

29. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. М.: Энергия, 1975.

30. Новая энергетическая политика России. — М.: Энергоатомиздат, 1995, 512 с.

31. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984.-152с.

32. Сполдинг Д.Б. Конвективный массоперенос: Пер. с англ. Шульмана З.П.-М.-Л. Энергия, 1965.-384с.

33. Хмельницкий Р.З. Стальные рекуператоры. Расчет и основы проектирования. М.:-МЭИ, 1975.

34. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя: Пер. с нем. Г.А. Вольперта, М.: Наука, 1974.-712с.

35. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник / Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина 2-е изд., перераб.-М.: Энергоатомиздат, 1991.-588 с.

36. MIF-2004 Электронный ресурс.: Статьи с Минского Международного форума по тепломассообмену. Секция №1, 0-01. Минск, 2004.- 1 электрон, опт. диск (CD-ROM). - Загл. с титул, экрана.

37. Кейс В.М., Лондон А.Л. Компактные теплообменники. М.: Энергия, 1967.

38. Бажан П.И., Каневец Г.Е., Селиверстов В. М. Справочник по теплообменным аппаратам. М: Машиностроение, 1989.

39. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен. М.: Изд-во МЭИ, 2001.

40. Петухов Б.С., Шиков В.К. Справочник по теплообменникам: Т.1, М: Энергоатомиздат, 1987.

41. Local Heat Transfer and Flow Structure On and Above a Dimpled Surface in a Channel. G.I. Mahmood, M.L. Hill, D.L. Nelson, P.M. Ligrani, H.-K. Moon, and B. Glezer, ASME Transactions-Journal of Turbomachinery, Vol. 123, No. l,pp. 115-123, January 2001

42. Schukin A. V., Koslov, A. P., and Agachev. R. S., Study and Application of Hemispherical Cavities for Surface Heat transfer Augmentation. ASME Paper No 95-GT-59, ASME 40th Intl. Gas Turbine and Aero Congress, 1995, Houston.

43. Mahmood G. I., Hill M. L., Nelson D. L., Ligrani P. M., Moon H. K., and Glezer B. Local Heat Transfer and Flow Structure on and Above a Dimpled Surface in a Channel. ASME TurboExpo, 2000, Munich.

44. Bearman P. W. and Harvey J. K., Control of Circular Cylinder Flow by the Use of Dimples. AIAA Journal, Vol. 31, No 10, 1993, pp. 17531756.

45. Щукин А.В., Козлов А.П., Чудновский Я.П., Агачев Р.С. Интенсификация теплообмена сферическими выемками. Обзор // Известия РАН. Энергетика. 1998. №3, с.47-64.

46. Сеничкин Б.К., Матвеева Г.Н. Тепловые расчеты нагревательных печей. 4.2: Учеб. пособие. Магниторогск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2004. 77 с.

47. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках,- М. : Наука, 1982.

48. Назмеев Ю.Г. Теплообмен при ламинарном течении жидкости в дискретно-шероховатых каналах. М.: Энергоатомиздат, 1998.376 с.

49. Кесарев В.А., Козлов А.П., Структура течения и теплообмен при обтекании полусферического углубления турбулизированным потоком воздуха. Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение, 1993, №1, с. 106-115.