автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Разработка и исследование перспективных компоновок из ребристых труб теплообменников воздушного охлаждения

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

На правах рукописи

СТЕНИН НИКОЛАИ НИКОЛАЕВИЧ

УДК 536.24

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОМПОНОВОК ИЗ РЕБРИСТЫХ ТРУБ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ.

05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание учбной степени кандидата технических наук

С-ГЕЕТЕРБУРГ - 1994

РаОота выполнена и Поморском международном педагогическом университете им. М.Б. Ломоносова

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент В.Б. Кунтыш

Официальные ошюненты - доктор технических наук, профессор

Н.М. Кузнецов - кандидат технических наук П.Г. Быстров

Ведущая организация - Акционерное общество " Ленинградский научно-исследовательский институт химического машиностроения"

Защита диссертации состоится" - 24 " февраля 1994 г.

в 10 часов на заседании специализированного совета К 063.24.02 при Санкт- Петербургском технологическом университете растительных полимеров, по адресу: 193092, С-Петербург, ул. Ивана Черных, 4, Зал заседаний УчОного совета, А-233

с диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт - Петербургского технологического университета растительных полимеров

Автореферат разослан " 3 " ЯНВАРЯ

1994 Г.

Уч'-ный секретарь специализированного со кандидат технических наук, доцент

Актуальность теми. Применение теплообменников воздушного охлаждения напнется кардинальным рещынием целого ряда актуальных народнохозяйственных проблем: сокращение потребления воды на технические нуиды, оптимального размещения и развития энерготехнологического оборудования и установок, сохранения среды обитания.

Специфические конструктивно- компоновочные, режимные, эксплуатационные особенности ТВО предопределили исключительное применение биметаллической круглоребристой поверхности теплообмена состоящей из стальной несущей трубы и алшиниевой ребристой оболочки. .

Наличие только механического контакта и отсутствие металлургической связи между несущей трубой и алшиниевой оболочкой является причиной дополнительного термического контактного сопротивления (ТКС) и выдвигает дополнительные требования к воспоизводимо-сти, достоверности и точности расчЗтных критериальных уравнений по теплообмену и сопротивлению ребристых пучков ТВО.

Согласно концепции развития конструктивных типов ТВО на перспективу до 2005 года целесообразным является применение в них труб оребренных навитой завальцованной лентой (с рЗбрами типа Ю21), объбм производства которых в 1990 году составлял 801 от общего количества производимых биметаллических труб для ТВО и лишь 20% приходилось на биметаллические трубы с навитым оребрением.

Однако эта рекомендация не может быть выполнена в ближайшие 1015 лет, т.к. после распада Союза поизводство ребристых труб осуществляется лииь на Бутульминском и Борисоглебском заводах, которые специализируются на выпуске биметаллических труб с накатными рЗбрами. '

В связи с этим вновь становится актуальной задача по совершенствованию ТВО из труб с накатными ребрами. Основными видами биметаллических труб с накатными рббрами, применяемыми в настоящее время являются трубы с коэффициентами оребрения <р»9,9; 19,9.

Цель работы. Цель данной исследовательской работы состоит в оптимизационном овершенствовании ТВО путем поиска принципиально новых компоновочных решений размещения ребристых труб в трубных досках. Для этого экспериментально решались следующие задачи: - исследоались как традиционные коридорные и шахматные компоновки, так и совершенно новые модификации, получаемые за счЗт создания эксцентриситета в поперечных рядах, а также путЗм последовательно-

го изменения угла набегания потока на коридорную компоновку при преобразавании еЗ в шахматную равностороннюю;

- получение в каждом случае критериальных зависимостей по теплообмену и сопротивлению для разных значений относительной эксцентри-ситетности e/S¿ и подобных хе зависимостей при различных относительных углах набегания потока на пучок-0;

- обработка полученных зависимостей по методу наименьших квадратов с целью нахождения оптимальных значений e/S^, или б, при которых теплоотдача превалирует над сопротивлением;

- разработка упрощенной методики определения термического контактного сопротивления и контактного давления между стальной трубой и алюминиевой оболочкой при накатке орвбренной поверхности;

- дальнейшее расширение исследований по применению метода локального теплового моделирования применительно к четырЭхрядным ореб-рбнным пучкам нетрадиционных компоновок.

Методы научных исследований. Эксперименты на пучках из оребрен-ных труб с использованием теоретических разработок и современных представлений о процессах, протекающих в глубине пучков.

Объектом исследований являлись пучки из труб с накатными рббрами, изготовленные в соответствии с геометрическими шагами в трубных решЗтках, применяемых в промышленных ТВО. Научная новизна.

- впервые исследованы оребренные переходные коридорно-шахматные компоновки и выявлен оптимальный угол набегания потока на пучок при котором достигается наибольший эффект по теплоотдаче, сопровождающийся умеьшением энергозатрат на прокачку теплоносителя через пучок;

- впервые исследован новый вид пучка, связанный с изменением его поперечного сечения в сторону уменьшения по конструкторским или технологическим соображениям, за счЗт создания эксцентриситетности в каждом поперечном ряду;

- выявлены области относительной эксцентриситетности е/|* при которых рост теплоотдачи превалирует над ростом сопротивления;

исследовано влияние изменения высоты ребер на теплообмен и аэродинамическое сопротивление, получены обобщающие критериальные зависимости и данные по оптимизации оребрения труб;

- исследовано влияние изменения высоты рббер на термическое кон-

тактноу сопротивление и контактное давление между стальной иоьерх-ностью и поверхностью алюминиевой оболочки;

- впервые предложен упрощенный метод нахождения термического контактного сопротивления и контактного давления;

- получены новые данные подтверждайте равноправность методов локального и полного теплового моделирования для четырехрядных переходных коридорно-шахматных компоновок.

Практическая ценность.

Впервые полученные результаты исследований по эксцентриситетным компоновкам позволяют без ущерба энергетической эффективности ТВО изменять его поперечное сечение, исходя из конструкторских или технологических потребностей;

Совпадение результатов локального и полного теплового моделирования для четырехрядных нетрадиционных коридорно-шахматных компоновок облегчает задачу поисковых и конструкторских изысканий наиболее эффективных компоновочных решений из оребренных труб.

Исследования ТВО с переменной высотой ребра и шагом оребрения 5=2.52 мм, характерным для стандартизованных труб с накатным ореб-рением, позволяют, исходя из энергетического, весового и обэЗмного сравнения, рекомендовать производителям этого типа труб высоту ребра 11=13,7 мм, как наиболее оптимальную для стационарных ТВО.

Дается упрощенная методика оценки термического контактного сопротивлении для материалов сильно отличающихся по твердости друг от друга, при классе обработки поверхности наиболее твЗрдого из них менее ч'4, а также оценить контактне давление между ними.

Каждый из полученных результатов направлен на совершенствование точности методов расчета ТВО с гарантированными механическими и тешюаэро динамическими характеристиками.

Реализация и внедрение. __

Результаты диссертационной работы нашли применение во ВНШПТхим-

нефтеаппаратуры, СПбНИИХиммаше, ЦНИИМОД при конструировании и проектировании оборудования для производства ребристых труб, а также расчетов теплообменников из этих поверхностей;

Внедрены в тешюобменных секциях отдельных аппаратов типа АВЗ и АВГ-75 рекомндации по оптимальным значениям относительного эксцентричного смещения биметаллических труб с накатными алюминиевыми рСбрами с коэффициентом ч>--Э,9; 20, способствующие ь заданных габа-

б

(.•итак и одинакоьом тиилоьом потоке уменьшить энергопотребление приводим ьънтшштора на

Экономический эф1«кт составил 1125000 руб. в ценах 1991 года. Полученные данные по оптимальной высоте ребер h=12,70; 13,7 мм при шаге S=2,5 мм; h/d4=0,5;AOCH/h=0,557 используются при модернизации геометрических параметров накатных дисков станов ХПРТ.

Результаты работы использовались также в хоздоговорной научно-исследовательской работе " Совершенствование аппаратов воздушного охлаждения применением новых компоновок оребренных труб в пучках с интенсификацией теплообмена", * государственной регистрации 01.89.0019092, инвентарный * 02.32.0003270, выполненной на кафедре промтеплоэнергетики Архангельского лесотехнического института им. В.В. Куйбышева. Автор защищает.

- новый вид эксцентриситетной компоновки из биметаллических оребренных труб и результаты теоретических и экспериментальных исследований по теплообмену и аэродинамическому сопротивлению.

- оптимизацию коридорно - шахматной компоновки для пучков из биметаллических стандартизованных оребренных труб, позволяющих интенсифицировать процесс теплоотдачи при наименьших затратах на сопротивление;

- оптимизацию высоты оребрения для биметаллических труб с накатным оребрением и шагом ребер S=2,5 мм;

- расчетные формулы для определения контактного давления и терми ческого контактного со:гротивления для вышеуказанных труб;

- адекватность применения полного и локального моделирования к исследованиям четырехрядных нетрадиционных компоновок.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Архангельского лесотехнического института (1988-1993)г.; на VIII Всесоюзной науч.-техн.конф."Создание компрессорных машин и установок, обеспечивавших развитие отраслей топливно-энергетического комплекса"(Сумы,1989); на Всесоюзн.науч.-техн.конф."Совершенствование сушильной техники и технологии и кооперация в производстве

оборудования для сушки древесины" (Архангельск, 1990), а также на секциях научно-технических советов отраслевых институтов 1990-91г.

Публикации.

По материалам выполненных исследований опубликовано 17 печатных работ.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и приложения. 121 стр. машинописного текста основного содержания о 32 таблицами, 76 рио на 59 стр., списка литературы из 85 названий.

Содержание работы.

Во введении из анализа современного состояния промышленного аппаратостроения ТВО и постановки задачи на их совершенствование сформулирована тема а основное направление настоящей диссертации.

В первой главе приводится анализ теоретических и экспериментальных исследований оребренных пучков труб, опубликованных в работах Брауэра Н., Жукаускаса A.A., Юдина В.Ф., Антуфьева В.И., Белецкого Г.С., Кунтыша В.Б., Федотовой Л.М., зозули Н.В., Стасюля-вичюса D.K., Скринска A.D., Письменного E.H., Орехова A.n., Кони-кевича Е.И., Евенко В.И., легкого В.М., Бухаркина А.Н., Юшкова Ю. Н., Бакластова А.Ы., Джемсона С., Тимошенко С.П., Манзура U. и др., в которых исследовано влияние числа рядов, шаговых отношений труб в пучке, высоты и др. геометрических параметров оребрения, а также метода теплового моделирования на формирование гидродинамических процессов в пучках, которые является определяющими для интенсификации внешнего теплообмена.

Проведбнный обзор методов интенсификации теплоотдачи в пучках показывает, что они проводились либо на традиционных Шахматных и коридорных КиШиЦиька*. из гладких труб, либо на не биметаллических оребренных трубах, либо на них, но с параметрами шагов в трубных решетках, и параметрами оребрения не характерными для современных ТВО, для которых важную роль играет изготовление оребренных труб с заранее известными оптимальными характеристиками оребрения и термического контактного сопротивления между внешней поверхностью стальной трубы и алюминиевой сребренной оболочкой.

Целью данного исследования является повышение энергетической эффективности ТВО путбм применения новых компоновочных решений и

их оптимизации в перспективных шаговых отношениях при совершенствовании топлоародинамических расчбтов и создании биметаллических труб с расчетными значениями ТКС между контактирующими поверхнос-тяш и оптимальной высотой накатных алюминиевых рббер.

Во второй главе приводится описание исследовательской установки I и методика проведения экспериментов.

! Исследования теплообмена и аэродинамического сопротивления про-

водились методами локального и полного моделирования на аэродинамической трубе разомкнутого типа сечением 350«350 мм, построенной автором на кафедре Поморского государственного педуниверситета.

Регулируемый поток воздуха создавался центробежным вентилятором Ц—4-70 за счбт изменения частоты вращения электродвигателя при расходе воздуха до 5030 м3/час. Коэффициент теплоотдачи а от оребрения к воздуху определялся калориметрическим методом. При проведении экспериментов использовались как пароэлектрический, так и электрический калориметры.

Измерение температур! у основания рббер производилось с помощью медь-константановых термопар, заложенных на расстоянии 35,0 мм от внутренней поверхности трубных досок на глубину 0,8 мм в специальный паз шириной 0,6 мм, фрезерованный с обоих концов калориметра.

Угол установки термопары составлял с направлением набегающего потока что соответствует среднему значению коэффициента а по окружности.

Температура потока измерялась до и после пучка лабораторными | термометрами с ценой деления 0,1* и дублировалась показаниями

термометров сопротивления, контролировавши температурное поле всего поперечного сечения трубы.

Сопротивление пучка измерялось по перепаду статического давления до и после пучка с помощью трубки Прандтля и микроманометров ШН-240/5-1.0.

Мощность калориметров регулировалась с помощью регулятора напряжения РН0-40-250. Еб величина измерялась ваттметром Д5016 с классом точности 0,2. Показания термопар снимались с помощью потенциометра Р307 и оптического зеркального гальванометра М195/2. Показания термопар дублировались электронным потенциометром КСП-4 на 12 точек.

Система энергообеспечения позволяла снимать мощность более 50

кВт и проводить исследования как методом локального, так и полного моделирования.

Исследования трубных пучков проводились в условиях установившегося теплового режима. Приведенный коэффициент теплоотдачи соответствующего ряда при локальном тепловом моделировании определялся как а- 0/(к-М ), где

О- количество теплоты отданное конвекцией от калориметра;

А- полная наружная поверхность калориметра;

Аг-(гот"г1)-температурный напор между средней температурой стенки

у основания ребер и средней температурой воздуха перед пучком.

За определяющую скорость принималась скорость в наиболее сжатом сечении, за определяющий размер-диаметр трубы, несущей оребрение.

Экспериментальные данные обрабатывались в виде критериальных

зависимостей Ни» С-Ео11; ^аЛ^В-Не43.

Обработка опытных данных проводилась на ЭВМ-1045 по специально созданной автором программе.

Максимальные погрешности для Ие.Ни, Ей составляли соответственно, (± 2,78;±3,0;±3,25)1.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований теплоотдачи и сопротивления пучков из стандартизованных труб с накатным оребрением, применяемых в ТВО.

С целью конкретизации величин теплоаэродинамических характеристик для биметаллических труб промышленного изготовления с <р*Э,9 на первом этапе было уточнено влияние числа рядов для шахматных и коридорных компоновок и было выявлено, что четырехрядные пучки по этим характеристикам , в стандартизованных шагах в трубных досках, принадлежат к многорядным пучкам. Поправочные коэффициенты на число рядов для шахматных и коридорных компоновок С2 и представлены в виде полиномных зависимостей как функции от числа рядов 1 для 1?9-12000. ,

Далее установлено, что шахматные пучки, характеризующиеся конструктивным параметром р=[(51-<14)/(5^-<1,)]>2, с ростом 0 вырождаются по теплоаэродинамическим характеристикам в коридорные.

Так как из обзора методов интенсификации теплоотдачи в гладких пучках выяснилось, что ей в наибольшей степени способствует течение потока в конфузорно- даффузорных каналах, то следущая серия опытов на пучках из биметаллических стандартизованных оребрбнных

1 о

труб была проведена на нетрадиционных компоновках, в которых делается попытка создания турбулизации потока за счЗт создания экс-цоитриеитетноети в поперечных рядах. Возникновение подобного рода компоновочных решения вызывается конструкторско-тахнологическими потребностями уменьшения поперечного сечения пучка ТВО.

Подобное уменьшение поперечного сечения в шахматной компоновке невозможно сделать меньше по ширине, чем В«51 • когда Б,»«!.

Для эксцентриситетного пучка (см.рис.1 а,б) трансформируется в 518»(5^г-е2)°,ь, тогда при всех Б^й величина 81е= <с1, если величина эксцентриситета е/0.

Конструктивным параметром такого пучка является угол при верш-

При е=0 p~60* и компоновка является равносторонней. Исследованию были подвергнуты четырехрядные пучки с параметрами d»d.»h»S«A - 38,85"18,5»10,17»2,92«0,65 ММ, <р - 12,05 d-d.»h«S«A - 55,85»25,85»15,0«2,56«0,75 мм, (р - 19,9 û«dt«h»S-A - 49,5»28,1«10,7«3,38*0,80 ММ, <р - 9,9

Эксцентриситетность в поперечных рядах е принимала значения в=0;5;10;18(20);25 мм. Всего было исследовано 32 компоновки. Кало-риыетрирование производилось последовательно в каждом ряду 1-1; 1-2 s 2-1;2-2;3-1;3-2;4-1;4-2.

Приведенный коэффициент теплоотдачи а рассчитывался по полной наружной поверхности opeбренной трубы. Теплоотдача и сопротивление пучков представлялись в виде критериальных уравнений Nu=/(Re); Eu» /(Re) для каздого значения относительной эксцентриситетности e/S*. Изменение величин C,n,B,m в критериальных уравнениях представлено в виде полиноминальных зависимостей (1)

у» ПуХ3* а4-х4* а^з5. где и позволяет для

любой эксцентриситетности х написать конкретные критериальные зависимости исследовании типоразмеров труб и шаговых отношений. Коэф$ициенты о, приводятся в виде таб.1.

Во всСм диапазоне исследованных характерных отношений e/S^ можно сравнить теплоотдачу и сопротивление эксцентриситетного и базового равностороннего пучков, т.е. Nu / Nu6; Eu / Еиб, взятых при различных значениях Re-(6;12;20)-103. Это отражает динамику и влияние чисел Re на теплоотдачу и сопротивление пучков.

На совмещенных графиках рис.2;3, полученных при обработке опытных данных методом наименьших квадратов в виде полиномных зависимостей вида (1), легко визуально представить области, где теплоотдача превалирует над ростом сопротивления при различных значениях Не. На рис.5;6 эти области представлены отношением (Ш/Шс)/(Еи/Еиб)>1, также для различных значений Не=(6;12;20)-10 . Следует отметить, что влияние Не на теплообмен и сопротивление проявилось не во всех продутых компоновках. Особенно оно сказалось в тесной компоновке с 3^-43 мм для <1-38,84 мм, Ф-12,05, как по теплоотдаче, так и по сопротивлению.

В более свободных компоновках с ф=Х2,05 и 5^=52;58;64 мм влияние Яе сказывается только на теплоотдаче, но не на сопротивлении. Для (1=49,5 т с <р»9,91 и <1= 55,85 мм с <р=19,Э1 расслоения по теплоотдаче и сопротивлению при различных Ие не отмечается. Области с (№о/Шб)/(БХ1/Еи(3)>1 приводятся в таб.2

Таблица 2

Характеристика эксцентриситетных пучков по интервалам е/5д

Параметры opeбренных труб Шаги трубной решетки, мм Интервал e/S£

43 1,09 0,15-0,2

d=«38,84 мм 53 0 ,97-0,98 0,2 -0,25

(¿>-12,05 58 1 ,18-1,20 0,15-0,2

64 1 ,01-1,03 0,2 -0,25

<149,5 мм 52 1,03 0,2 -0,25

<(>■»9,91 58 0,945 0,15-0,20

<(>«19,91 d-55,85 мм 64 1,104 0,15-0,20

Следующим шагом исследований были продувки (см. рис.7) коридорно-шахматных компоновок, получаемых путбм изменения угла набегания потока на пучок, т.е. поэтапным преобразованием четырехрядной компоновки в шахматную равностороннюю с сагами мм.

Базовая коридорная компоновка представляла собой коридорный пучок из биметаллических оребренных труб с коэффициентом оребрения <р=19,9 и параметрами, указанными ранее и шагами в трубных досках 5^70 мм и Б2=60,6 мм.

Перестройка коридорной компоновки в шахматную сопровождалась и перестройкой гидродинамики потока внутри пучка, что нашло свой отражение в изменении коэффициентов С.п.В.т критериальных уравнений 1!и=/(Не) и Еи=/(Ке), в частности уменьшалось численное значение показателя п с 0,72 до 0,67 при росте значений средней теплоотдачи и увеличивалось общее сопротивление пучка до значений его в шахматной компоновке. При величине относительного угла набегания потока 0-(6{/6ш)=О,8 наблюдается максимум теплоотдачи, в 1,21 и 1,05 раза превышающий теплоотдачу коридорной и шахматной компоновки, соотвотственно.

Одновременно эти четырехрядные компоновки исследовались методом полного теплового моделирования на предает сравнения метода локального и полного моделирования применительно к нетрадиционным компоновкам. Итогом исследования является полное совпадение результатов обоих методов при относительных углах набегания штока б>0,53 СМ. рис 8;9;10;11.

Следующим звеном в серии экспериментов было исследование влияния высоты оребрения биметаллической поверхности стандартизованных труб с постоянными шагами в трубных решЗтках 0,-1,184; ог«0,897; о'-1,075 шахматной компоновки.

Характеристики пучков из труб с переменной высотой ребра.

Номер Геометрические параметры пучков и труб

пучка (1 <1. Ь в Д Ф ЛЬ/Ло 1ПР **

мм мм ш мм ММ мм мм

I 55,72 27,5 14,11 2,52 0,750 18,26 0,36 42,34 4,930

II 53,00 27,5 12,75 2,52 0,734 16,11 0,42 39,60 4,909

III 47,10 27,5 9,80 2,52 0,857 11,79 0,56 33,52 4,918

IV 37,50 27,5 5,00 2,52 0,976 5,83 0,77 25,43 5,264

V 31,50 27,5 2,00 2,52 1,050 2,76 0,91 19,41 6,283

Теплоотдача исследовалась на пестирядных шахматных пучках методом локального теплового моделирования. Калориметры устанавливались в первом и третьем рядах, так как в тесных пучках, к которым относятся и данные компоновки, стабилизация процессов гидродинамики происходит ухе во втором ряду.

Результатом явилось получение обобщающих зависимостей №^«0,0879 •ф-0'1 .Не0'71 ; Ей- 28,28-ф0'29 -Не"0'?2 ф>(2,76-18,26)

№^=0,0614 (§-] ?'1Н90'71 : Еи= 77,54-^.]°'г7Нв-°'32,

^.]=(0,073-0,518).

Термическое контактное сопротивление при изменении высоты ребер определялось опытным путбм по разности температур стали и алюминия в зоне контакта (рис.12), а затем, исходя из условий равновесия статики, совместности деформаций стальной трубы и алюминиевой оболочки, выводилась формула для определения контактного давления.

Из одинаковости величин контактного давления, полученных из условия стягивания алюминиевой оболочки и расчетных по выведенной формуле, приходим к выводу, что подобное возможно, если принять коэффициент трения между контактными поверхностями равным единице. Это но противоречит опыту, так как подобное явление имеет место при осадке алюминиевой оболочки на стальную трубу в процессе накатки оребренной поверхности. Формула для определения контактного

давления имеет вид р Аг" : Г——+—1—— "I , к г2 ' 1 Ест-8ст Еал-¿ал 1

где ДКк= Нк-А,в-контактный воздушный зазор, обусловленный термическим контактным сопротивлением Як, определенный опытным путбм; ДЪ- температурная деформация стальной и алюминиевой оболочек.

При выводе формулы исходили из преддолокения, что йк сохраняет постоянное значение до температуры 90*с (см.рис.13) при изменении высоты ребра от 11=(14.11-5,0) мм.

Формула контактного давления в зависимости от высоты ребра имеет вид рк-1,944 0,486-1г.

Контрольные испытания образцов на разрывной машине Р-5 показали что при 1«20*С для алшиниевой оболочки с высотой ребра Ь=14,11 мм контактное давление составляет рк=1=8,44 Ша, а для 11=2 мм а=7,4 МПа. Можно сделать вывод о том, что при снятии части высоты ребер Ик меняется незначительно до высоты ребер Ь«2 км и получающееся рассление мало сказывается на величине усилия по стягиванию алюминиевой оболочки со стальной, а говорит о том, что пластичный алюминий марки АД1М затекает при накатке оребрения в микрошерохо-

иатости стальной поверхности и при стягивании алюминиевой оболочки работает на срез (на оголенной стальной поверхности ч0тко видны вкрапления алкшния в шероховатую стальную поверхность). С другой стороны, по массовости этих вкраплений можно судить, какая часть поверхности стали и алюминия находилась в механическом контакте между собой, а если учитывать вид шероховатости, то минимальная площадь термического контакта должна быть увеличена по крайней мере в два раза.

Так, при 0^=30 МПа u t=8,4 МПа площадь механического контакта составит 0,357-А (площади стальной поверхности), а термического контакта-«*),714 • А.

Исходя из теоретических расчбтов о достаточности 10% идеального контакта между поверхностями СЫанзур Ы. и др.] можно уменьшить в семь раз без ущерба для теплообмена контактное давление между поверхностями, т.е. 1=1.02 МПа , что будет соответствовать усилию стягивания в производственных условиях на образце длиной 1-100 мм Р=10200 Н. (На производстве оребрение трубы из алшиния АД1М считается удовлетворительным, если усилие стягивания оболочки Р-10000 Н, т.е. вполне соответствует расчЗтным, для .обеспечения удовлетворительного термического контактного сопротивления).

Это говорит о том, что нет необходимости добиваться шсокой чистоты контактирующих поверхностей для материалов сильно отличающихся твЗрдостыэ друг от друга. Для таких материалов можно рекомендовать формулу по определению термического контактного сопротивления Вк-^ц^-^д^Лб.б-ь,,) щи чистоте наиболее твбрдого из них не выше v4 (см.рис.14;15).

Сравнение полученных данных оребренных пучков из биметаллических труб ТВО с обобщенными зависимостями по теплообмену показало, что они в целом в пределах границ обобщенных уравнений, с погрешностью ±20% описываются уравнениями ВТИ-ЦКТИ; КПИ; АЛТИ; ИФГПЭ АН.Лит., а по сопротивлению ВТИ; ЦКТИ; ИФГПЭ АН.Лит.; КПИ. Сравнение проводилось по общепринятой методике (по конвективным коэффициентам теплоотдачи) с учбтом поправочных коэффициентов на метод моделирования.

Сравнение по энергетическим, весовым и объемным характеристикам пучков с переменной высотой ребер при S-2.52 мм выявило оптимальную высоту ребра h-13,7 мм ,<р-17,5 (см.рис.16;17), а для

транспортных ТВО можно рекомендовать пучки с h-12,7 мм, <р-16,11, как имеющие объЛм на IOX меньший, чем пучки с h-I4,Il мм, ср-18,26.

На основании математической обработки опытных данных проведенных исследований 63 различных компоновок из оребренных стандартизованных труб с шагами S и шаговыми отношениями в трубных досках о1,о2, принятыми в теплообменниках воздушного охлаждения, можно сделать следующие вывода:

1. Впервые выполнены исследования эксцентриситетных компоновок нового типа из биметаллических оребренных труб с <р-9,9+19,9 позволяющих изменять размеры поперечного сечения пучка за счвт создания эксцентриситетности труб в поперечных рядах, и получены критериальные уравнения по теплообмену и сопротивлению .

Выведены математические зависимости изменения составляющих С,п, В,т критериальных уравнений для перехода от шахматных равносторонних компоновок к эксцентриситетам (таб.1) в пределах e/S^ и Re, указанных в таблице.

Установлены оптимальные значения относительной эксцентриситетности e/Sg, при которых эти пучки обладают повышенной тепловой эффективностью то сравнению с шахматной равносторонней компоновкой.

2. Впервые исследованы по теплообмену и аэродинамическому сопротивлению переходные компоновки из ребристых труб. Предложены критериальные зависимости по теплообмену и сопротивлению для различных углов набегания потока на пучок при Re-(1,4+30) • 10"? а также математические выражения изменения С,п,В,ш критериальных уравнений в зависимости от относительного угла набегания потока на пучок.

Установлен оптимальный относительный угол набегания потока на пучок при котором имеет место максимум энергетической эф-

фективности пучка.

3. Предложены обобщенные уравнения по теплообмену и сопротивлению для пучков с переменной высотой ребер и коэффициентом оре-брения при S=2,52 ш для Re=(2+20)-103.

Установлено, что для основного типоразмера биметаллических труб с накатными рббрами теплообменников воздушного охлаждения оптимальная высота ребра составит h-13,7 мм при шаге S-2,52 км, что

соответствует коэффициенту оребрения ф-17,5; « —^222-«at «о2-

»0,5-0,557«1,184»0,897 и когда объёи пучка не"играет решающего

значения.

На основе энергетического, объемного и весового сравнв! пучков с переменной высотой рббер при S-2,52 мм для транспорт! теплообменников воздушного охлаждения может быть рекомендован г чок с высотой оребрения h=I2,7 мм, ((>>16,11, как имеющий объём 10% меньший, чем вышеуказанный пучок.

4. Предложена формула для определение термического контактного с противления между стальной трубой и накатной алюминиевой оребре! оболочкой, если класс обработки стальной поверхности ниже v4. б Впервые разработан приближенный метод аналитического расчбз контактного давления между накатной оребре иной оболочкой в несун трубой для средней температуры контакта (0+90)' С , а тш установлена связь между контактным давлением и высотой ребра. 6 Расширен диапазон применения локального метода теплового моде лирования, равноценного полному тепловому моделированию, для че1 рЗхрядных компоновок, отличных от шахматных при относительных ] лах набегания потока 9{/0ш>О,53.

Результаты диссертационной работы наши применение во ШИШ химнефтеаппаратуры, Ленниихиммаше, ЦНИИМОД при конструировали! проектировании оборудования для производства ребристых труб, а ч жо расчетов ТВО из этих поверхностей;

Внедрены в теплообменных секциях отдельных аппаратов типа i и АВГ-75 рекомендации по оптимальным значениям относительного 81 центричного смещения биметаллических труб с накатными алюминиеш ребрами с коэффициентом <р*9,9; 19,9, способствующие в заданных ] баритах и одинаковом тепловом штоке уменьшить 8нергопотребле1 приводом вентилятора на (6-10)1.

Полученные данные по оптимальной высоте рббер h-12,70; 13,7 i при шаге S-2,5 мм; h/d.-О.Б используются при модернизации гаж рических параметров накатных дисков станов ХПРТ.

Общий экономический эффект составил 1125000 руб. в ценах 199:

Основные печатные работы следующие:

1. Кунтыш В.Б.,Стенин H.H. Исследование пучков из оребреиных биметаллических труб с различным числом поперечных рядов//Холодил] ная техника.-1990.- *6.-С.10-17.

2. Шахматный пучок с зигзагообразным расположением труб/Кунтыш 1 .Стенин'H.H., Мелехов В.И., Краснощекой Л.Ф.//-Архангельск:ЩГГИ

Л237-90,- 13 с.

3. Кунтыш В.Б..Стенин Н.Н.,Краснощеков Л.Ф. Исследование тешюаэро-динамических характеристик шахматных пучков о нетрадиционное компоновкой оребренных труб//Холодильная техника.-1991.-Л6.-С.11-13.

4. Кунтыш В., Стенин H.H. теплоотдача и аэродинамическое сопротивление поперечно-обтекаемых коридорно-яахыатных пучков из оребренных труб//Теплоэнергетика.-1993. -Л2.-С.41-45.

5.Стенин Н.Н.,Кунташ В.Б.,Краснощ9ков Л.Ф. Теплоаэроданамические характеристики алюминиевых спирально-накатных труб вентиляционных воздухоподогревателей//Индустриальные системы вентиляции и кондиционирования воздуха:-Сб. науч. тр./Всесокзн. научн.-исслед.ин-т гидромеханизации, сан.-тех. и специальных работ.-Л.:1990.-С.119 -126.

1 Ö

Таблщр 1

Параметр пучка Ro-(2-20)-10 Ковф-т ур-ния. при X* 0 X » X ¿ X 3 X 4 X

а0 а1 аг а3 ал

d=33,85uu ф= 12,05 ¿¿=43 ш o/S¿«33,4186 n в m 0,143 0,61 3,53 -0,35 -0,22 0,30 -10,931 0,3856 0,0562 -0,3546 40,085 -1,2708 0,4794 -0,493 -45,7792 1,5161 —

d«33,S5uu ф» 12,05 S¿-52 mm c/S¿^0,431 n в m 0,0949 0,67 1,317 -0,26 0,0374 -0,1866 1,0043 -0,0265 0,9205 -14,445 -0,3385 -1,1075 57,4342 0,5911 -59,748

d-38,85lM фо 12,05 S¿-53 uu o/s; 5?3,431 n В m 0,0991 0,66 1,1515 -0,26 -0,1323 0,2264 -1,049 1,0187 -1,6516 4,347 -2,8307 4,693 1,6226 2,6496 -4,5348 -7,4420

d=33,S5uu ф- 12,05 S¿-64 um o/S¿<0,3125 Сл n в m о, aggies 0,683 0,22 43,0379 0,0166 1,1844 -0,2555 •1,1564 -3,6021 -2,715 14,8295 -17,0105 -4,6938 -35,109 66,550

<1=49,50мм ф- 9,91 ¿2 "52 Ш o/S¿<50,481 сл n в m 0,1074 0,67 4,490 -0,32 0,1502 6,627 -1,0192 -57,1545 2,6682 177,131 -2 ,'2451 -165,691

d=49,50uu ф= 9,91 S¿-58 mm c/S¿<0,431 Ял n в m 0,1074 0,67 2,510 -0,28 -0,2584 -1,6335 2,4118 11,522 -7,4503 1,5631 2,5192 -31,543

d=55,S5uu <p= 19,91 ¿¿=64 UM c/S¿^0,3125 сд n в ш 0,095 0,65 4,0741 -0,40 0,02065 -3,850 0,08185 4,422 0,8747 163,244 -3,4541 -432,903

'•"fr

t.'!®

« «♦âj

10 Срммим амфсаимгго* «par* pa< аорадою-ммпш! мшюм ера frmi I.

■)- М-IU11 щш «)Äe"-.

Гко. Ct**« мерялоРМ<«ЫМЛН|

■MCoaetM яэ вос«р«ч»о - ераорамк

тр/о •«(),(

(•/ГМ имгиаи OPTO*» M ЦП«.

Cf ю'

К

w и Г* .А Г-

ИХ 3 а

ï'tT

" ) 1

«j «К Л г, е-,

1 / \

«И > 2 г :

Л / /-J

/ / /

Рло. S Кврыормо-аьмлм* мммтл.

»)• пшики M»Xwaitwi падмтлап g цццищ мши ОТ ОТМХ«Т«4МОГв |ТМ в.

д) том, сриыа« т*аюот.ичж ■ '""j inr—n np*ia таом«м « памоши! ■ еопротжжм™** «имт«4 i eœow*. t- jMiA»M MBM«{«M<w, i- аияшо* мима

«M. »- (Ju/^jiwm^ívte). ^^

Ac. //

СфММШМ M «ООрОТПМЯП я MW kmwmí 1]П;Ш:Г*;Г. /ТЫ МваГММ BDfCM M КГ**>

г i