автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Теплообмен при струйном охлаждении вогнутых оребренных поверхностей

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАЯШИ НАУК УКРАИНЫ Институт технической теллофгаики

л т

и ?1 На правах рукописи

I о р»ю ШЗ

¡ШЗШАНОВА Елен а Витальевна

ТЕЕШГООБМЕН ПРИ СТТУЙНОМ ОХЛАЖДЕНИИ ВОГНУТЖ ОРЕЕРЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Специальность 05.Н.05 - Теоретическая теплотехника

Автореферат диссертации на соискание ученой стелет кандидата технически! неук

Киев - 1995

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена ь Институте технической теплофизики Национальной Академии наук Украины

Научный руководитель. доктор технически наук

; Мазур А.И.

Научный консулмазт академик HAH Украиш

ДыЗан S.U.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Письменный E.H. кандидат технических наук Сезсвенко Е.Д.

Ведущая организация

УкрНйИплаотмао ( г.Киев ).

.Защита осстаится 1995 г; в /У часов на

заседание специализированного ученого совета К 50.04.03 з Институте технической теплофизики KÄH Украины (252057. . Киев-57. ул.Желябова, 2а).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТТФ ' HAH Украины.

Автореферат разослан QMüS/Л^Ь г.

' ¿7 /

Учений секретарь спецяшшзированййю ученого совета,

кандидат технических наук Г.Р. Кудршкзй

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

• Актуальность темы. Вопросы интенсификации теплообмена актуальны для большого числа отраслей техники,, поскольку очень часто интенсивность теплообменных процессов определяет эффективность, долговечность и эксплуатационную надежность-ряда ыашш и аппаратов современной техники, производительность многих технологически! процессов и качество их конечного продукта.

Одним из наиболее вффектавных способов интенсификации . процессов тешюыассопереноса при обтекании тел воздухом является струйный обдув поверхностей. Высокая интенсивность процессов переноса при струйном обдуве, относительно небольшие затрата ввергст на его осуществление, простота и гибкость управления этим процессом привели к широкому распространении его в энергетическом машиностроении, металлургии, химической технологии и в ряде других областей техники.

Из широкого класса задач теории яеренооа. в струйных течениях наибольший интерес представляет мкогоетруйннй обдув поверхностей сложной формы. К последним относятся распространенные в технике вогнутые сребренные поверхности, например, внутренние поверхности входных кромок охлаждаемых лопаток газовых турбин, полуматриц машин для изготовления гофрированных полиэтиленовых труб и др..

Успешное применение струйных систем охлаждения таких поверхностей во многом зависит от наличия достоверных сведений о закономерностях происходящих в них процессов теплообмена. Однако имехщиеся з литературе сведэния относятся либо •■ к случаи обдува струями гладкой вогнутой поверхности, либо к охлагаению плоской поверхности с оребрениеы; данных *е о взаимодействии системы струй с вогнутой оребренной поверхность» обнаружить в литературе ве удалось. Теоретическое изучение закономерностей теплообмена в таких' системах.практически невозможно ввиду существенно трехмерного характера течения вблизи поверхностей сложной формы.

Все вышеизложенное предопределило актуальность експери-ментального исследования гидравлических характеристик и зо-консмерностей теплообмена при охлаждении струями вогнутой поверхности с оребрением, чему а лосвяшена настоящая диссертационная работа.

Цель работа . Исследовать ьозыокаоеть интенсификации теплоотдачи гри обтекании вогнутой оребренной поверхности системами кругли имлактных отруй.

Задачи исследования:

.-Обобщить данные по коэффициентам гидравлического сопротивления г средний коэффициентам теплоотдачи при струйном обдуве вогнутой оребренной поверхности. . __

-Разработать методику расчета струйной системы омах- " дения матриц гофратора для хашш непрерывного производства полиэтиленовых гофротруб.

. ; Методы коследования. Поставленные цели достигаются путем выполнения комплексного экспериментального исследования на специально созданной лабораторной установке, рабочий участок которой представляет собой вогнутую поверхность с продольным оребрением;•использованием современной измерительной техники; обобщением полученных данных в рамках канальной методики обработки результатов.

Достоверность и обоснованность рекомендаций,сформулированных в диссертации, подтверждаются использованием апробированных методов исследований, удовлетворительным согласова- • нием результатов работы с имеющимися литературными данными.

Научная новизна.Впервые получены вкспершентальнне данные по коэффициентам гидравлического сопротивления и теплоотдачи при струйном охлаждении вогнутой оребренной поверхности, причем исследованные системы круглых идаэктвих струй имели ограниченное количество рядов в направлении отвода отработанного потока (вдоль ребер поверхности).

Подтверждена возможность расчета коэффициентов сопротивления исследованных струйных систем по рекомендациям для случая обдува струями плоской поверхности.

При обобщении данных по среднему теплообмену в переменных канальей модели взаимодействия . струй с поверхностью 'введены функции влияния, уштывавдие снижение коэффициента теплоотдачи при малом количестве Зрядов струй { пж * 3) и при больших отношениях поперечного вага струй к шагу оребре-ния поверхности ( в • / вр * 1).

Полученные результаты позволили уточнить сведения об •особенностях теплообмена при струйном обдуве стенка относительно коротких каналов ( 1 / <1г « 3)

- з -

Практическая ценнооть- pacora. Результата настоящей дао-' сертацконнай работа использовались ва стадии рабочего проектирования линии для непрерывного производства дренажных гофрированных труб из поливтлена, втуехаеиой Киевский ПО «Завод Большевик". '

Личный вклад авторв. Все результата» приведенные в работе, получены лично,автород или при eró яепосредственнои участии.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались: нв III Всесоюзной конференции в VI Всесоюзной школе-семинаре молодых ученых и специалистов ИТФ СО РАН (г.Новосибирск. 1939 и',1990 г.г.), VII Всесоюзной школе-семинаре МВТУ им.Баумана (г.Канев, 1989г.), на ВсесЬвзной конференции молодых специалистов "Телломаооообмзн в энергоустановках и технологических агрегатах" (г.Днепропетровск, 1988 г.), ва I...III республиканских и IV Всесоюзной школах-семинарах молодых ученых и специалистов "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазоданамики. "(г.Алушта, .1985, 1987, 1989 и 1991 г.г. ),на научно-технических конференциях ЫУ и С ито АН Беларуси (г.Минея, 1986, 1988 г.г.), на XXVIIT и XXIX конференциях Ш и С ЗВДН au.Кржижановского (г.Ыасква, 1988,1989 г.г.), на XVI...XX конференциях молодых ученых mí® HAH Украины (г.Киев, '1986 - 1991 г.г.), на конференциях преподавательского состава Национального Аграрного Университета ( 1994, 1995 г.г'.).

Публикации. По материалам работы опубликовано 8 лечат-шх работ,'получено 1 авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Денная диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и спиока цитируемой литературы { 83 наименования), оодеркит 202 страницы машинописного текста, вклпчая таблицы 2 76 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ ' Во введении обоснована актуальность настоящей диссертационной работы и дана краткая аннотация основных результатов, защищаемых автором.

В первой главе приведен обгор имеющихся в литературе результатов экспериментальных исследований течения и тепло-

Обмена ори обдуве системами круглых импвктных струй поверх-, ностей сложной Форш. Показано достаточно широкое распространение как гладких, так а сребренных вогнутых- поверхностей в энергетическом матеностроении, в установках струйно-хшвектикной сушки, в . химическом Машиностроении и других отраслях техники. Отмечено, что данных со совместному влиянию кривизны и сребрания поверхности на теплообмен при струйном обдуве в литературе обнаружить не удалось. Ограниченное число работ, посвященных исследованию охлаждения вогнутой поверхности шогорядвнми струйными системами , содержит разноречивые сведения о закономерностях теплообмена в етах условиях. Немногочисленные данные по струйному обдуву плоских поверхностей с ореЗрением в виде шероховатости свидетельствуют о существенном изменении структуры течения и распределения местных коэффициентов теплоотдачи', особенно, если размеры элементов шероховатости соизмеримы о диаметром струи.

В связи с вышеизложенным сформулирована цель работы -исследовать- возможность интенсификации теплоотдачи при струйном обтекании вогнутой сребренной поверхности, а также поставлены основные задачи исследования.

Во второй главе дано описание експериментальной установки и методик исследования гидравлических характеристик, средних и псевдолокальнкх коэффициентов теплоотдачи при струйном охлаждении вогнутой сребренной поверхности.

Рабочий участск установки ( рис.1 ) представлял собой полуцилиндр с сребренной внутренней поверхностью, составленный из пяти полуматриц 1 диаметре«, Й = 65 мм. Центральная полуматрица 2, смонтированная на съемной плите, использовалась для тепловых опытов. Остальные полуматрицы, яеподшкяо прикрепленные к основанию 4, моделировали гидродинамику всей системы,а также служили шорами для струйного .коллектора 8. В коллектор, снабженный штуцером отбора статического давления 10 и термопарой для измерения температуры воздухе . 9, воздух поступал либо из центральной воздушной магистрали, •либо от автономного центробежного вентилятора. К коллектору прикреплялись сменные'воздухораспределители 6 - перфорированные круглыми отверстиями полуцилиндрические обечайки, геометрические параметры которых приведены в таблице.

Таблице

й м

й. ш

Ву | 1/^1 « / 51

12,9

б 1

6 1

11 1

6.5 2

б 3

4 ■ б

9 0,0065

17 0,0123 10 0,0266 10 0,0278

18 0,033 18 0,042

3

2,17 1,5

7.33 3.67 -■3,18 -

5.14...1

• 1 0,8} 1

3,54 1.31 1,05 3,07 1.13 0,8 5,5 1,28' 0.95...4,5

19,9

1 12 0,007

2 3

3

4 4 4 6

18 0,025

12 0,021

15". 0.0263

9 0,011'

18 0,0225

15 0,0277

18 0,042

4.66 . 1,63...6,5 3.25 3.63 3,63 3.16 2.33

5.5 2,75 5,5 3.5 11 5.5 3.33 5.5

1,96 1,96 2.12 1.96 .1.91 2,83 1,96

0.7 ...3,3 0,88 0,54...3,25 1,28 0,88 0,65...3,3 1

0,6 ...5,8

26.5

4 2 18 0,017 5. 5,5 3,65 0.6 ...4,16

4 4 9 0.011 5 . 11 6,33 1.5

2 -4 12 0.0125 10 5.5 12.75 1.13

4 6 18 0,042 3,13 5,5 1.28 0,9 ...4,5

2 8 12 0.025 5 5,5 8,5 1

К

У

Я

Конкретный вил тепловой модели 2 зависел от метода, исследования теплоотдачи. При реализации метода регулярного теплового режима пслуматриаа 2 с зачека^неншли термопарами 9 пометалась в теплоизоляционный корпуо 5 л нагревалась с помощью отъемного электронагревателя до температуры около 70°С. Затем нагреватель удаляли, и вкппериментальный Плох закрепляли в рабочем участке, одновременно включая струйный обдув. Изменение температура полуматршш в процессе охлаждения регистрировалось информационно - измерительной системой РС-100/2,' созданной на базе цифрового вольтметра типе Щ68003. Длительность цикла измерения температуры составляла 1 с; в продолжительнооть стадии регулярного режима - ¿0... 80 с. Поскольку полуматрица изготовлена из высокотеплопроводного дюралюминиевого справа а числом Bi « 0,03 , в опытах был реализован метод охлаждения тонкого тела,' при этой средний коэффициент теплоотдачи на обдувемой струями поверхности находится как . '

« «шло /iT , • (1 )

где Хг - площадь поверхности; К - масса тела; о - его теплоемкость, a m = dnflj- InSa .)/At - теш охлаждения тела, J « - Т0 - избыточная температура, Дт -- продолжительность опыта.

Погреавосхь изложенной методики определения , а была оценена на основе тестовых экспериментов по обдуву струями -гладкой вогнутой поверхности ж составляла ± 13 %. . . Яри определении коэффициентов теплоотдачи методом аналогии с массообменом экспериментальная подумат^ица 2 выполнялась разъемной. Внутрь ее вставлялись два полукольца, мо-делирухщие соответственно ребро и шадану ' сребренной поверхности, с пазами для шссообменных моделей, Массообыенные модели - призмы, сдаа грань которых имела радиус кривизны,-равный соответственно радиусу впадины или выступа исходной поверхности, - изготовлялись путем изобарического прессования порошка нафталина.

При подобии условий однозначности и равенстве коэффициентов температуропроводности и диффузии веаеотва а = DK ■ между коэффициентами теплоотдачи а и коэффициентами массо-отдачи s существует следующая взаимосвязь:

Яи./ а = {&•■-/.во)* в ф , , ( 2 )

где Ф - фрктор аналогии,:а показатель степени п уточняется аксперимектально для конкретны* вариантов обтекания тел. Для . случая струйного обдува принималось п = 0,4 .

С псмсвыо зависимости (' 2 .) данные по массообиеву переучитывались ка ксеффициенты теплоотдачи. 1 с

Погрешность метода'аз:влогии, определенная з результате тестовых експеряментов то теплообмену в критической точке оеесимыетричвой шпакгной струн и на' плоской, поьергносп:, охлаждаемой однорядной струйной есастемсй, была оценена ±7% .

В третьей главе приведены экспериментальные данные по коеффициентам гидравлического сопротивления и'расходе исследовании огруйнкх систем. Отмбчено, что ковффтлтенты расхода сменных воздухорагаределителей, в оснсеном, зависят от величина открытой побег шости перфорации 10 я качества выполнения отверстий, а могу? быть определены по зависимости, рекомендуемой в литературе для расчета истечения через перфорированную шайбу. ' •

Показано, что из геометрических параметров струйных систем наибольшее влияний на коэффициенты гидравлического сопротивления оказывают относительней открытая поверхность перфорации- I и расстояние до обдуваемой поверхности Л при практической их автсагадельзоста по числу йе.

Обобщение данных' по гидравлическому сопротивлении струйно-канвлы ай системы выполнено с испалььавеннеи числа гидродинамического подобая А «являвшегося модифицированным Крите!®см Эйлера ! А я Ба"0,в. Показано (рие.2), что в случае определения числа А о учетом половили перфорированной поверхности от оси симметрии до плоскости: разъема полуметриц

•ГТ г .

А - »--2— , ( 3 )

.. . 2

ковфЗ&щиент сопротивления можно рассчитывать о погрешностью бр более t €% по рекомендациям для случая струйного обдува плоской поверхности о односторонним отводом отработанного потока

а —2- _ 1 ( д }

Ш2 А

В четвертой главе представлены результаты исследований средйего теплообмена прй струйном обдуве вогнутых оребренных поверхностей, поззашотцие оценить влияние на теплообмен таких режимно-гесметричюких параметров системы струй как: скорость нвтекания струй, величина относительной открытой поверхности перфорации, расстояние до обдуваемой поверхности и форма отводящего канала, поперечный л продольный шаги расположения струй, а также диаметр отверстий перфорации и ах количество.

При изменении высоты Ь струйной системы 'сочетания радиусов кривизны сменных воздухораспределителей и тедлооОг менной поверхности были таковы, что отводнсй канал в окружном направлении мог- становиться диффузорным или ковфузорным. Степень раскрытия проходного сечения таких каналов оценивалась соотношением высот канала: Л - не входе и Ь - на выходе ( см. таблицу ). Опытные данные ( рис.3 ) показывают, что по мере возрастания параметра Ь/1 от 1 до 3 при значениях ЬЛа. порядка 1,16...4,5 изменение Ш находится в пределах погрешности экспериментов 1036 ); при дальнейшем увеличении ,Ь/<1 до 5...6 ( 1/Ъ в 0,54...0,95 ) интенсивность среднего тешюобмена снижается не более, чем на 14...16 % . Следовательно, влияние формы щелевого криволинейного канвла не, является существенным, поскольку аналогичная картина наблюдается и в каналах с постоянной по длине высотой.

Пряное сопоставление результатов по теплоотдаче гладкой вогнутой поверхности и вогнутой поверхности с продольными ребрами при обдуве их системами струй о одинаковыми геометрическими параметрами позволило оценить влияние на теплообмен отношения поперечного шага расположения струй ву и шага оребрения поверхности вр. Как вндяо из рис. 4 , отношение

Ву у в вз влияет на коэффициенты теплоотдачи лишь в случае р

Ву / в = 1. По мере увеличения ву / в от 2 до 4 стмеча-р р

ется снижение коэффициентов а для сребренной поверхности по сравнению с гладкой на 8...20 %. В аэродинамическом аспекте вто является следствием значительно возрастапдего 'сопротивления растеканию струй в поперечном направлении в случае оребрения поверхности. По-видимому, исследованный тип оребрения, предназначенный для образования гофр на пластмассовой ззготсвке, нельзя рассматргшать как шероховатую в

аородинемичеокои синоде поверхность.

Влияние на средний .еплообмен продольного пьга системы струй ви исследовалось при обдуве поверхности трехрядной системой струй при фиксированных параметрах ? , й в §у. Отмеченная в диапазоне я 1,6...6,5 консервативность теплоотдачи свидетельствует о том, что здесь проявляется шре-делянцее влияние числа гидродинамического подобия i ( формула ( 3 /): поскольку в опытах не изменялась.значения i0 и i ., то А = idem, 6 вклад теплоотдачи от канального течения для относительно коротких каналов' является несуаественным относительно среднего уровня теплоотдачи импаккшх струй.

Наконец, сопоставительные експертдепта была зыполнедш для оценки влияния на а числа рядов п^ 'струй при условии I = const , т.к. в литературе не содержится четких рекомендаций относительно преимуществ все более мелкого дробления потока теплоносителя на. отдельные струи « являющиеся своеобразными центрами интенсификации теплообмена.

При неизменности величины открытой поверхности перфорации ( i « 0,027) последовательное увеличение числа рядов струй от п^. 1 до 4.достигалось соответствующим уменьшэ-нием диаметра сопловых отзерстай ( й = 11; 6,5; 5 и 3 мм), при втом подбирались примерно одинаковые относительные шаги струй (си.'таблицу). Соблюдалось условие h / й « 3 : при втом однорядная система струй фактически обдувала криволинейный тупик, тогда как четырехрядная - истекала в типичный деловой канал постоянной высота и длиной 2 1 / dp = 5,66. Несмотря нй столь существенное отличие условий для развития отработанного потока, согласно опытным данным уровни средней теплоотдачи в одно- а двухрядных струйных системах оказались всего на 25...15 % ниже, чем в трех- и четырехрядных. Поскольку в втой серии экспериментов три фактора: число рядов струй пк, диаметр отверстий d и форма' канала изменялись одновременно, оценить количественно роль каадого из них не представляется возможным.

Данные по коэффициентам псевдолокального теплообмена, полученные методом 8нвлогии о маесообменом, свидетельствуют, что уменьшение числа рядов струй в направлении отвода отработанного потока приводит к существенному ухудшению равномерности обдува поверхности. Если при п^ = 6 ( вя= 2,33 ) максимальные значения псевдолокальных коэффициентов массо-

отдача 3, ( в центре ) огдичавтсй от минимальных ( в периферийной области 1 не более, чем на 15...20 Я , то при во-, лее редком расположении^отверстий (ам • 4, вж « 3,63...5) в центре образуется некья застойная зона, где интенсивность массоотдачи почти в 1.5 разе ниже,..чем на остальной поверхности. Однако в втих вкспериментах одновременно о- параметрами п^ и в^ изменялась ( уменьшалась в 4. раза ) относительная открытая поверхность перфорация Т , что, по-вадамсму, в определяло резкое снижение интенсивности среднего теплообмена.

В целом, вкопераыентв показали, что в исследованиях условиях сгуйного обдува 'вогнутой оребренной поверхности вклад струйных аффектов в интенсификацию среднего теплообмена является преобладаниям, а ¿паяние числа Рейнольдов и открытой поверхности перфорации такое же, как в в случае обдува струями плоской поверхности. 5 частности, показатзль степени при (?е составляет 0,3 .( см. рис. 3, 4 и 5а ), а зависимость Ни = 1 ( 1 ) можно аппроксимировать отеленной Функцией о показателем степени при 2 порядка 0,42 ( раз. 56 ). >

Обобщение денных по среднему теплообмену было выполнено в рамках развиваемой в ИТТ® НДН Украины кегельной модели взаимодействия струй с поверхностью. При атом считалось, что отработанный поток отводится равномерно на оба. стороны вогнутой поверхности, а определявшими скоростью и размером в

в Ар 'и_ ЧЦ,

числах Ми» г Йв = -■ к ■ ■■*■ принимались

соответственно скорость потока в вкходвсц оечении целевого яалукошдевого канала н его гидравлический диаметр; в случае ковфузорно-диффузорных каналов указанные параметра рассчитывались для среднего сечения канала между осью сиииетрии полуматришг и выходным.сечением.

Предварительный анализ показал, что корреляция для коэффициента I « Яц / Яйа, характеризующего интенсификацию теплоотдачи по сравнению с ее уровнем в гладкой цилиндрической трубе при отаблштрсввпвси турОудаитваи течении ( Ни * 0,021 Ке®'"

г = 6,9 ( ? г 0,4 ( 1 / а г) "

( 5 )

предложенная в работах Е.П.Дыбана я А.Й.Ыазуре для диапазона значений 1 /(^ > 2,7, справедлива в для более коротких каналЬв (.1 / а^ 1,3).

На основании уравнения ( 5 ) были получены функции влияния ( пя ) и ( оу / вр ) , учитквашие отнооитель-■ ное. снижение -срздней теплоотдачи при малом количестве рядов струй в' направлении отвода отработанного потока п « 3 и при больших отношениях поперечного шага струй к шагу оребре-• нал поверхности / в^ > 1 ( рио. б в,б ).

Обобщение данных всех серий опытов, представленное во рис, 6в, позволило в итоге получить емпирическую зависимость для среднего коэффициента теплоотдачи :

Ни = 0,12 9 р, ( 1 / ¡^ <I )-°'4. ( 6 )

обеспечиваадую среднеквадратичную погрешность х 8 % . 'в сле-дупцем даепозоне значений параметров : Ле^ « 3 10®...3 Ю4: ? я 0,006...0,07 ;1 / й т а 1,3...12 : пм ■ 1...8 ; ву/ в 1...4 ; ь / & = 1...6.

В пятой главе приведен пример использования результатов .нестоящего исследования при проектирования струйной модуля охлаждения гофратора линии по производству полиэтиленовых гофротруб.

Решением сопряженной задачи теплапроводнооти для системы "матрица -полимер" в процессе формования гофрированной трубы из полиэтилена показано, что для обеспечения заданной производительности линия 135...200 кг труб / чао ( что соответствует скорости формования Я^'в 10...15 м / мин ) необходимо обеспечить в системе охлаждения полуматрац коеффици-ент теплоотдачи аг = 200...400 Вт / маК . Промышленные "образцы гсфраторов снабжены принудительной схемой охлаждения с весьма низкой Евфективностью ( « * 70 Вт / ма К), 'поскольку. . в них используется продольное ( относительно рабочей по-верхнсста лолуматриц ) течение теплоносителя ( схема а на рис.7 ). Для интенсификации процесса охлаждения лолуматриц и рационального использования производительности вентиляторов разработан струйный модуль обдува полуматриц на участий охлаждения ( схема б на рис.7 ).

В лабораторных условиях была осуществлена проверка работоспособности вкзпераментального образца струйного модуля, охлаждения. Полученные данные подтвердили возможность использования формул ( 3 ) и ( 4 ) для согласования гидравлических характеристик струйных систем охлавдения о характеристикой низканапорного вентилятора Ц Ю - 28, используемого в машинах по производству гофротруб в качестве ,лоточника охлаждавшего воздуха.; С помощью обобщавдей зависимости ( 6 }-по известным геометрическим и расходный характеристикам струйных систем охлаждения были рассчитаны значения коэффициентов теплоотдача "не только на поверхностях лолуыэтриц для изготовления гофротруб диаметром = 63 ш, но и для полуматриц по производству труб большего диаштра.

Серийный выпуск линий ЛДГТ 90 х 30 - 50/ 75, оснащенных струйной системой охлаждения полуматриц гофратора, осуществляется Киевским Л0 "Завод Большевик" начиная с 1987 года.

ВЫВОДЫ

В результате выполненной работы экспериментально определена эффективность охлаадения вогнутой поверхности с продольными ребрами системами круглых импактных струй.

1. Показано, что в'исследованном диапазоне режимно-гео-метрических параметров системы струй! Не =.3 2 Юэ..З зс 10*» ? » 0,006...0,07: п^ я 1...6: н = 0,6 ...6 спределявдее влияние на величину ковффшшента гидравлического сопротивления оказывают относительная открытая поверхность перфорации ? и расстояние до обдуваемой поверхности Ь при практической автсмодельности результатов по числу йе.

2. Подтверждена возможность инженерных расчетов коэффициенте сопротивления по зависимостям для струйного обдува плссксй' поверхности с односторонним отводом отработанного потока (• формула ( 4 ) ). при определении числа гидродинамического подобия к о учетсы половины перфорированной поверхности от оси симметрии до плоскости разъема полуматриц (формула ( 3 ) ).

'3. В результате исследования влияния режямно-геометрических параметров системы струй на средние коэффициенты теплоотдачи установлено, что :

- на теплоотдачу при струйном обдуве сребренной вогнутой поверхности в наибольшей степени влияют струйное число

Рейнольдса Re я величава огаосательнсй открытой поверхности перфорации I : при увеличении числа Bs ва порядок от 3 х 1С3 до 3 х 10* значения чисел Ни. возрастают в 3 резв,

• 4

а при увеличении J от 0,006 до 0,04 значения числа JRjd удваиваются ( рис. 5 ) ;

г - • влияние на теплоотдачу поверхности о оребрением соотношения поперечного шага струйной системы в и шага расположения ребер вр определяется особенностями обтекания поверхности : при в^ j » 1 , когда на каждое ребро поверхности натекает струя, ухудшения теплоотдачи по сравнению о гладкой поверхностью не наблюдается, при увеличения же параметра в^ у в^ до 4, когда во впадинах оребреннсй поверхности образуются застойные зоны, значения чисел ffid для оребренной поверхности на 20 Ä ниже, чем для гладкой ;

- ва теплоотдачу практически не влияют форма отводящего канала ( ксшфузор / диффузор ), а также продольный шаг струйной системы з достаточно широка! диапазоне изменения §я • 1,6...6,5.

4. При обобщении данных по среднему теплообмену в рейках канальной модели, развиваемой в ИТТ® HAH Украины :

- введены функции влияшя, учитывающие снижение коэффициента теплоотдачи при малом количестве рядов струй в . направлении отвода отработанного потока п^ « 3 и при значениях параметра / вр г 1 ;

- уточнена зависимость коэффициента интенсификации теплообмена с = Ш / Шк для случая струйного обдува стенки относительно коротких каналов 1 / dj, « 1,3...3.

5. Результаты исследования использованы при проектировании струйной, системы охлавдения линии для яегрерывного производства полиэтиленовых гофротруб ДЦГТ 90x30-50/75: применение струйного модуля охлаадестя, обеспечившего коэффициенты теплоотдачи в 3,5 раза выше исходного уровня, позволило в 1,5...2 раза увеличить производительность ливши а довести ее до проектного показателя - около 230 кг труб/ час.

Публикации по теме диссертационной работы:

1. Шелиманова Е.В. Расчет теплового состояния системы маг-ргтца-полимер в процессе формования гофротруби.//Тепло- л

маессолинные аппараты: Сб.научн.тр.- Кивв:Наук.думка,1988. - С.3-7.-

2. Шелиманова Е.В. Экспериментальное исследование гидравлического сопротивления я теплообмена при натекании системы струе на вогнутую поверхность.//Процесса тепломассообмена в одйо- и двухфазных системах: Сб.научн.тр.- ^Днепропетровск: Изд-во ДПМ98б.- С.4-7. ' • • ^ .

3. Дыбан Е.П., Ыезур А.И.,,Шелиманова É.B. Струйное охлаждение оребрэаных поверхностей "'олуматриц гофреторов. //Прсмш-„юяная теплоэнергетика, 1993, N3, c.J - 10.

.4 ШелимашвгЕ.З. Некоторые особенности теплообмена , при ногеканиг системы огруй ва вогнутую -сребренную поверхность. //Уезиоы докладов Ш Всесоюзной конференции молода исследователей "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидро-газодаашшя*: Новосибирск. 1989.-С.207. Ь. ЕелтшнозаЕ.В. Экспериментальное исследование, гидравлического сопротивления и теплообмена при охлаждении вогнутой сребренной поверхности ыногорядЕиш системами струй.//Тезисы докладов УП Всессшв. вкода-cewmapa "Современные проблемы газодинамики в теплообмена./Канев, 1989г./ - М.:Изд-во МВТУ, 1989<•- С.29-34. ."

6. Шелшхановб Е.В; Гидравлическое .сопротивление щда струйном обдуве вогнутой сребренной поверхности .//Теплофизика в физическая гидрогьзодинамикагСб.научн.тр.- Квев:Наук.думка, 1990.

- С.29-34. ;

7. Шелиманова В.В. Влияние режвмно-геоиетрических параметров системы струй иа теплообмен вогнутей оребреннай поверхности.//Сибирский физико-технический журпал,1991. Вып.З. ~ С.119-122. ,

3. Лалшшравв S.B. Экспериментальное исследование среднего и локальнйго теплообмена при струйном обдуве вогнутых поверх-BOOTea.//7tJicii докладов. 1У Всессяозн. школы-семинара молодых ученых "Актуальные вопросы гешюфизики в физической гидрогз-зеданшики"/'Алушта, ноябрь 1991г./:ИТТФ HAH Украины.- С.25. 9. ДыСйн Е.П., Ыазур А.И., Корпухов В.Н., Зверлин Б.Г., Шелиманова Х.В. Способ непрерывного изготовления гофрированных плаотмвеоовмх труб в устройство для его осуществления. A.C. VH 14(52638 ( СССР ), 1988г.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ в - коэффициент тешературсшраводности, м3/ с; о - удельная маосс&ая теплоёмкость. Дж / кг К; & - диаметр отверстий перфорации, м; Лг~ гидравлический диаметр канала для отвода отработанного воздуха, м: В - диаметр вогнутой поверхности полуматрицы, и; коэффициент диффузии вещества, м3 / с; t - площадь поверхности, ма; ? = fj - относительная открытая поверхность перфорации; h - расстояние от воздухораспределителя до теплообменной поверошости, м; 1- • длине' теплообменной поверхности в направлении отвода отработанного потока, м; m = 1пЗа )/дт - темп охлаждения тела, 1/с;

' X - масса тела,, кг: п - количество рядов струй; й - радиуо гиба воздухораспределителя, м; в - шаг струй в системе, и; Вр- шаг ope ¡Зрения теплообменной поверхности, м; Ï - температура, К; и - скорость, м/с; х - координата в направлении » отвода отработанного потока, м; у - координата в поперечной направлении, м; or, « - соответственно локальный и средний коэффициенты теплоотдачи, Вт / м3 К; fi, $ - соответственно локальный а средний коэффициенты массоотдачи, м/о: S - высота на выходе ксшфузорного или диффузорного канала, м; ё »

= Ж / Ш - коэффициент интенсификации среднего теплообме-* ® __ _____

на; С - коэффициент гидравлического сопротивления струйной . системы; 9 « I - Т0 - избыточная температура. К; Aï продолжительность опыта, с; X - коэффициент теплопроводности, Вт /и К; И - коэффициент динамической вязкости. Па-о;, v - коэффициент кинематической вязкости, м3/с.

Безразмерные числа JE = 5 d/X - число Нуесельта для среднего теплообмена; Гг = у/а - число Прандтля; Ее = u d / о - число Рейнольдса; Sa = и /Du- число Шадта; Sh « 0 а / Ву- число Шервуда.

Индексы '

О - срез отверстий перфорации; к - отводящий канал; т -теплообмевная поверхность; » - условия стабилизированного теплообмена в канале; w - значение параметра на теплообменной поверхности.

ГИс.Л.Сжема рабочего .участка для исследования среднего теплообмена при обдуве вогвутсй поверхности системой ишшкт-. та струй :

1- полуматрицы ; 2 - препарированная съемная полуматрица; 3 - теплсизодируицив пластины; 4 основание; 5 - текстолитовый блок; 6 - доплетая часть коллектора; 7 - стойки крепления коллектора; 8 - коллектор; 9 - термопары.

Рис. 2. Зависимость ковфХициентов гидравлического сопротивления струйно г канального потека от па -раметра 4 ; линия - зашей -масть ( 4 ).

о я. ' - •• ш

* |*-»Ь-325;К»1; в-ув!^; 1 Ш-0541 в

Ь ■ ■«■ : • ч> ш 0 . *.о.а 1 а о дв —1 "о к —1

0 о-5Й»»*.5;Ь-1| 0-005; 5

7 '-6 • * . - . *

1 I 1 1 1_.1 .1

б 8 Ю

. 2

* 5 Ке.

Рио. 3. Влияние степени ; диффузорвости ( а, 0>и канфузораости ( в )ка -нала для отвода отрабо -тайного потока на кн -тенсивнооть' среднего теплообмена.

«о

Ч»-315Э 11 ЦЯ-Ь 11

«о

25

у* §, 3,

лА-т 55 «р

8 10

г 1?е-

Рис.4. Зависимость .теплоотда-: чи оребревнай вогнутой поверхности от отношения поперечного шага еистемн струй я шага оребрения ( линии - зевисямос-:7Л Я5. от Ре0'9 ).

Mf

f. Re

Рис.5.' Зависицооть средней теплоотдачи вогнутой оребренной поверхности от струйного числа Рейнольдов ( а ) ц относительной открытой поверхности перфорации { б ): е - 1 ~ « 4; Î » 0,011; £ » 3,2; 2 - 2; 0,014; 1,8;

3 - 3}'û,026; 2,9; 4 - 4; 0,03s 2,8; 5 - 6$'0,042; 1,8; р г ь И 3» Re я 1,5x10*;' 1 - а ■ 1? 2 - 2j 3 - 3; 4-4;

5 - 6; 6 - 8.

Рис.6 Изменение поправочных коэффициентов f и fа ( а, б ) и обобщение дапных по среднему теплообмену ( в ) при струйном обдуве вогнутой оребренвой поверхности.

Рйс.7. Принципиальная , схема машины для изготовления полиэтиленовых гофра труб :

I - екструдер; 2 - полуформы; 3 - бесконечные цепи; 4 -приводные звездочки; 5 - гофротрубе; 6 - вентилятор; 7 -обечайка канала; 8 - струйный модуль; I - зона формования;

II - зона охлаждения;

а - существующая; б - предлагаемая схема охлаждения.

Shelliuanova K.V. Heat exchange at jet cooling of ocn-oave-finned. surfaces. • '

Thesis for a candidate's degree of technical scienoes in speciality 05.14.0S - Theoretical Heat Engineering.Insti- ' tute о f Engineering Kiern,ophysic3 oi the Ukrainian National Academy oi Soienoes. Kiev, 1395.

Ehe results oi experimental study, oi the influence of. Impaot iets systems', parameters on the flow and heat exchange processes at oooling concave finned surface are presented. BeooBendations pertaining to calculation of pressure drop coefficients for Jet and channel flow are given. Bnpi-rical generalizing equation for calculating nean heat transfer coefficients at Jet cooling of a will of relatively short channels is proposed. The study results have been used in desining a corrugated polyethylene tubes production line. She author has published 8 papers on the thesis' subject and receiv1 one certificate of authorship.

Еелиыансьа E.B. Теплообмен при струйном охлавдетаи вогнутых оребренных поверхностей.

Диссертация ва соискание ученой степени . кандидата технических наук по специальности 05.14.05 - Теоретическая теплотехника. Институт технической тешофизшш КДН Украины. Киев, 1995.

В работе приведены результаты експеряментальных зесле-' -дований влияния параметров систем импактных струй на процессы течения и теплообмена при охлаждении вогнутой оребренной поверхности. Даны рекомендации по расчету коеффициевтоь сопротивления струйно-канальному потоку. Предложено вшири-ческое обобщающее уравнение для определения средних коэффициентов теплоотдачи при струйном обдуве стенки относительно коротких каналов. Результаты работы использованы при проектировании линии по производству полиэтиленовых гофротруб. По теме диссертации автором опубликовано 8 печатных работ, подучено 1 авторское свидетельство.

Клстов! слова; теплообм!н, струминне охолодкення, система струмш, оребрення, угнута поверхня.