автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Теплообмiн, порiзнiсть i аеродинамiчний опiр нерухомого фiльтрувального шару з поперечно-оребреними i гладкими поверхнями

PIS од

■ \jl? 'ОП', ОДЕСЬКИИ 1НСТИТУТ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНО I ТЕХНIKJÎ Г Л

Нэ правах рукспису

ГАППАСОВ ВАДИМ РАФА iЛОВИМ

ТЕПЛООБМIH, ПО?13Н1СТЬ I АЕРОДИНШ ЧНИИ ОП1? НЕРУХОМОГО ФЬТЫРУВАДЬНОГО ШАРУ 3 ПОПЕРЕЧНО - ОРЕЕРЕКИУЛ I ГЛАДКИМИ ПОВЕРХНЯУИ

Сшц1альн1сть 05.14.05 - теоретачн! основи теплотехники

АВТОРЕФЕРАТ дисерггацН на здобуття вченогс ступеня кандидата техгпчкях наук

Олесэ - 1994

Робота виконана в Одаському ¡нс.титут! низькотемпвратурно! техн1ки та енергетики.

Науковиа кер!вник: доктор техн Iчяюс наук,

професор Календер'ян В.О.

0фщ1ан 1 опоненти: доктор тегн1чних наук, • професор Во¡нов О.П.

доктор техн¡чнкх наук, професор Дорошенко О.В.

Пров ¡дна орган¡зад!я: 1нститут техн ¡чно! тешгаф1зики

АН Украши, м.Кш'в

Захист дисертацп в!дбудеться " 2*5" " СКирелЛ 1994 Р-о " -/У " годин на за с ¡данн \ спец!ал!зовано! ради К.068.27.01 при Одаському ¡нститут! низькотемпвратурно I техн!ки та енергетики за адресою: 270100, м. Одеса, вул. Петра Великого, 1/3.

3 дксергашею можна ознааомитися у б!блттец! 01НТЕ.

Автореферат• розIслано " 23 " и.рта ¡994 р.

ВЧ9ЕИ2 секретар сшц!ал1зовзно! ради

д.т.н., професор Шкулынин Р.К.

Вт. К

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНЮТЬ ТЕМИ. Апарати з нэрухомими ф¡лырувальними шарами дисперсного матер¡алу широко вживаться у р!зних галузях про-мисловост!. Ефвктивн1сть Гхньо! робота може бути п!двии,ена за ра-хунок утворення рац!онэльних температурних решим!в за допомогою пучк1в труб, що занурен! у шар. В зв'язку з тим шкаво провести теоретичниа анал!з Т9шюсх3м1ну шару з т!лами просто! форми, особливо з позиц!й двокомпонентово! модел"1, яка ураховуе в'гд^мншсть температур газу ! часток. Для розрахунку означениг шарових апара-т'1в необХ1Дн! також в"|Домост! про середню пор'гзн'кггь, аеродинаи¡ч-ниа ошр ! тепло обмш шару з пучками труб. Так! дан! маемо лише для тIсних пучк!в гладких та подовжно-оребрених труб. Щодо пучк¡в поперечно-оребрених труб, що дозволяють забездачиги компактность : вис о км питомия теплозйом, то так! дан1 про теплообмен в!дсутн1"; досл!даення середньо! пор 1зностI I эе ро данам ¡чного опору шару ви-конан! у вузькому диапазон! зм!нення визначальних параметр ¡в; не вироблен! рекомендацИ щодо вибору рац!ональних форм та геометрич-них характеристик ребер.

Ц1ЛД0 РОБОТИ е комплексно досл1дк8ння тешюобм!ну, аеродина-мгчного опору та пор!зяост! нерухомого фIльтрувального шару з гладкими I пошречно-оребренши трубами, находазння рац!ональних геометричних характеристик о ребре них поверхонь.

НАУКОВА НОВИЗНА.

1. Огриман! чисельн! та наОлижеш анал!тичн! р!тення задач про стащонарний тешюобм !н нерухомого ф ¡льтрувального шару з цил!ядром ! пластиною з урахуванням наявност! присгпнно! зони шдвищэно! пор!зност!. Проведено пор!вняння результат ¡в чисельного р!шення ! розрахушив за анал!тичними залежностями з ексгериментальними да-ними.

2. Проведен 1 комплекта! експериментальн 1 досл!даення середньо! по-р¡зностI, аеродинам!чного опору та теплообм!ну нерухомого ф¡льтрувального шару з пучками поперечно-оребрених ! гладких труб, а також поодиноких труб з поперечними ребрами р!зяо! форми; вивчениа вплив форми, висоти ! кроку ребер, компонування пучка, швидкосгп ф!льтрування, розм!ру часток. Отриман! узагальнен! залэжностI для середньо! пор!зност1, коеф!ц!ент!в аеродинам!чного опору ! теплообмену, слушн! в досить широкому диапазон] зм¡нання визначальних фактор¡в.

3. В результат! пор'шняння доел¡даених поверхонь з ¡нтенсивност!

теплообмшу, гктсмого теплозяому (л!н¡иного та об'емного), показ-ника компактност i i масових характеристик визначен ¡ рацтнальн i форми i геометричш параметри оребрення. Розроблвн i рекомендацп подо вибору рашональних характеристик оребрених поверхонь.

НАУКОВЕ ПОЛОЖЕНИЯ. При опис! зовн!шнього стац i онарного теплообм ¡ну нерухомого ф >лътрувального шару у рамках двокомпонентово í модел i вплив пристчнно! зони з п ¡двицзною пор i зн i сто мае бути ура-хованим для кожного компонента як додатковий терапчний onip, що призводагь до стриЗку температури на ctíhiií.

ПРАКТИЧНА ЩННЮГЬ I РЕАЛ13АИ1Я РЕЗУЛЬТАТIB РОБОТИ. Отриман!" в робот! наблкжон i анал¡тичн i залежносп для розпод|лу температур I коефщ1снт ¡в теплообм ¡ну, методики i програми дяя ПЕОМ, узагаль-нен! еш1ричн i формули душ середньо! пор1зности коеф ¡ ц i ght i в аеродинам1чного опору та теплообм ¡ну, рекомендацп щодо вибору ра-Шональних геомзтричних характеристик оребрених теплообм ¡нних поверхонь можуть вживатися у конструкторських та пов1рочюа розра-хунках i оптик ¡заш I шарових anapaTiB pi3HOMaH¡THoro призначення. Результата проведзних дослпджень використан i Леюнградським НВО ЦКП ím. I.I-Ползунова при розробш внерготехнологiчних приладив з катал¡тичними зпм!чними реакторами, а також Одеським НВО "Кисень-маш" при виЗор! оптимально! конструкш1 охолодаувателя.

АПР0ЕАЦ1Я РОБОТИ. Основы i результата дисертац1йно1 робота до-пов1далися на XIV i XV Всесоюзних конферешиях "Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем" (Одеса, 1986, 1989), VI Всесоюзному сем i нар i "Обратные задачи и идентификация процессов теплообмена" (Москва, 1987), VII i VIII Веспубл1канських конференшях "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств" (Льв"|в, 1988; Днепропетровске, 1991), I i II Мшських М¡жнародних форумах "Тепломассообмен- Ш5" (М¡нськ. 1988, 1992), Всесоюзнт науково-практичн ia конференцм "Пути интенсификации производства с применением искусственного холода в отраслях агропромышленного комплекса, торговле и на транспорте" (Одеса, 1989), Всесоюзн1й конференцм "Математическое моделирование и оптимизация промышленного и транспортного теплообменного оборудования" (Севастополь, 1990), 56 i 57 науково-практичних конференшях 0IHTE (Одаса, 1987, 1988).

ДУБЛИКАЦ11. По теме дисерташ! опубликовано 12 друковзних праць.

СТРУКТУРА I ОБСЯГ ДИСЕРТАЦП. Дисертащя складасться ¡з всту-

пу, 5 роздШв, висновк¡в I додатк1В. Праця загалом м!стать 145 стор1нок основного тексту, 55 малюшо'в, 10 таблиць, список л!тэрэ-тури з 37 одиииць.

ЗМ1СТ РОБОТИ

ТЕОРЕТИЧНИИ АНАЛ13 ЗОВН1ШНЬОГО ТЕПЛООБМ1НУ НЕРУХОМОГО Ф1 ЛЬТРУВАЛЫЮГО ШАРУ

3 позиц1Я двокомпонентово I континуально! моде л I вир1шена задача про стац1онарниа теплообм ¡н шару з годаречно-омигим ¡зотор-м1чним щш'ндром. Уявлялося, що ф1льтрац1ана теч1я потенЩгнз, ефективна теплопров1дн1сть ядра шару не залежить в!д координат, кондуктивниа перенос у напрямку тангенц1ально1 складово! швидкост: е нехтувано малим, б!ля поверхя 1 у зон! 0£ту=у/аб2 об'емну концзнт-рац!ю часток можна описати функщею р(т))=роа(т1), дэ а(т^)=1-(1+т])^ * (1 -т)/2 )2. Вплив ц I с I зони ураговувався для кожного компоненту як додзтковий терм5чнив ошр, що призводить до стриЗку темпэратури на ст1нц1'. В1дпов1дн1 цьому Шдгодов! граничн! умови буди отриман! як насл!док узагальнення на двокомпонентову модель метода Ю.О.Буевичз та сп1вроб!тник!в (ИИН, 1985, Т.48, N 1, С.35-44). Теплошренос поблизу цил1ндру у приближенн 1 тонкого руб!кного шару описувався ргвняннями енергII компонент¡в

*ГГ ий атг .

+ х т ^з(ТгТ3) , (1 )

А.3-^ -кз^(Т^-Тд) = О, у=г-Н, 7=4кхасгргио . (2)

Граничш умови мали вигляд

у-0, 1>-ша—- = Т , Т_-ша—2 = т; у-», Т>=Т5=°- (3)

х ¡1у с1у 1 "

2 СП, .

Тут т=(р-кр)/--2. , <р=А.„/А-г .

0 сг(11)(р-кр-2)+2 1л 1 31

Означена крааова задача виршувалась методом збурень по малому параметру. Було знаядено залежност1 для температур компонент ¡в ! ко-ефщ1ент1в тешгообмшу. Формула, що описуЕ розпод!л останнтг по

периметру цюпндру, мае вигляд

1 та е1У2

а = Г(1+751пе)\! -+ X*---1ехр(аг)егГс(а) - А.* ----

I- г'° та э (та) 3 (та)г-Е+

хехр()Гг)ег^с(к), • (4)

где 2=0/(2ша), к=С/ (2е^2), е+=Х*/(суз), Ре=иос;Гр1К/Л* о ,

К Г 2 г . • IV1

б = - - (1 +соэв) (1 л)+0.5г(х-Э+з1п9созв) V

з1п9 I- Ре I- 5 1' -1-1

При Х*-0 з (4) виходить в/дома формула, отримана на основ! одао-компонентово! моделI, а при т->0- сшвв^дношення, яке В1ДОов5дае уявлэннп про в¡дсутн¡сть присланного опору. Залэжн¡сть (4) с справедливою також ! для подоажно-окито I пластини (визначення 7 I О наведзни у дисертац!!).

Означена задача виршувалась також на основ "1 однокомпоненто-во! модел! чисельним методом К1нцэвих р'Iзностеи у постанови!, що ураховуе ан}зотроп!ю провгдаост! I дгисниа характер змшення па~ р1зност1 та швидкосгп у пристенн1В область Р1вняння енергп запи-сувалось у форм!

1» \ а <гТ 1 а от 1 <9 от

---)+---)+--—)+ — —-> -

г 4Г г от ев Г Лв ¿Г Г <98 ев

- Сгрги^--— = О , (5)

«г г <0

де Х14, \12, Лг1, Лг2- складаюч! тензору ефективно I тешюпров;д-ностI. Граничн! умови задавалися у вигляд!:

г=0, Т=Т0 ; г-«, Т=0; 9=0, 8=х, оТ/ав=0. (б)

Як 1 ранш припускалось, що ф1льтрац1йна теч1я носить потенц!йнив хзрактер. Пор 1 знIсть 1 швидк!сть поблизу ст1нки разраховувались за емп!ричним ззлэжностям В.М.Корольовз та ¡н. (ЙИК, 1933, Т.55, N 4, 0.599-605), що усереднен! за об'емом з рад ¡усом усереднення порядку диаметру часток. Використовувалась псевдонестацшнарна схема р1швння. Для згущення с ¡тки поблизу поверхн!" т ¡ла, да град(енти

температури особливо велик!, вводилося перетворення г=ехр(х) по рад'1альн!й координат"!. Двом'фне р!зносне р ¡вняння розшэшиовалось по напрямках за рахунок наблиняноТ факгоризац11. розрахунки про-водилися на с!тц! 90x30.

Для оц!нки впливу декотрих параметр!в модел! 1 пор!вняння з досл!дними даними по залэжност! (4), за теоретичною формулою Ю.О.Буевича, яка отримана на основ! однокомпонентовоI модель I по чисельному алгоритму виконан! варианта! розрахунки коефщ1Ент!в теплообм!ну для сиетэми "пов1тря- сферичн! частки" при зм1ненш визначальних фактор 1в у доешь широкому диапазон!. Чисельяе р1'шен-ня ! розрахунки по анал!тичних формулах призводять до практично однакових значень в1даосних локальних коеф!ц!ент!в теплообм¡ну. В умовах малих швидкостея ф!льтрац!1 максимум теплов1'дцач! спостер!-гасться в лобов!я зон!; по м!р! в!ддалэння в!д нього ковф1ц!енти теплообм!ну монотонно знижуються. Шдвищання швидкост! супровод-жуеться суттБвим горерозпод!лом теплов !дцач!: максимум зм^щуеться з облает! наб!гання потоку ближче до м¡долевого шрер!зу. Зм¡нения теплопров!дност! часток пом1тно не впливае на кутову неравном I р-н!сть. Зб!льшення симшвксу Л/а призводеть до пог!ршення теплооб-мшу в лобов!а облает! I, отже, до зростання неравном¡рност!. Внасл!док чисаяьного анал!зу з'ясовано, щр при описуванн! зовн!ш-нього теплообм¡ну у шар! ан!зотроп!ю пров!дност! можна не врахову-вати ! знаходити ефективний коефщ!ент теплопров 1дност! по залвж-ностях для пошречно I дисдарсп. Спостер!галась лише незначна за-лежн!сть теплов!ддач! в(д закону-зм!нення пор!зност! поблизу го-верхн1. Пор1вняння розрахункових ! екешриментальних значень сере днього коеф!ц!снту теплообм!ну, виконане при р!зних розм!рах ! теплопров¡дност! часток, диаметрах цил!ндру ! швидкостях ф!льтра-щ"Т, продемонструвало, що у межах справедливостI припущзння про потенц!альн!сть точи (якщо Ие=1Ш/у<850), вони досить добре узгод-жуються (розб!жн!сть становить 4+25%). Результата такого зртнення для одного з режим ¡в наведен! на малюнку. Чисельне р!шення забез-печуе кращу зб!жн!сть з досл!даими даними. Певно, цз пов'язано ¡з там. що при чисельному р!шенн! б!льш точно враховувались реальн! ф!зкчн! обставини у присгпншг облает!. Теоретичн! залвжност! систематично лежать нижче значень, отриманих чиевльним ¡нтвгруванням. Залежш'еть (4) краще узгодаусться з досшдкими даними, н!ж формула Ю.О.Буевича. Особливо пом1тно цэ з'ясовусться для часток високо! теплопров¡дностI.

Мал. 3!ставлзння вкспэриментальних ! розрахункових значань середяього коеф!ц!енту теплообм!ну цил!ндру. Склян! кульки, с1=0.8 мм; 1*=12.5 мм; результата розрахунк!в ш анал!тичних формулах: 1- ОКМ, 2- ДКМ; 3- результата чи-сального р1шення; досл1да! дан1: 4- Ю.Ф.Бэругова; крапки-наш! досл1да1 дан!.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬШХ ДОСЛЩКЕНЬ

Ексгаришнтально вивчався вплив швидкост1 пов!тря, компону-вання пучку (подовжного I попэречного крок!в труб), геометричних характеристик оребрення (форки, висоти I кроку ребер), диаметру часток, розташування труби (одинична, у пучку) на коефщ!ент теп-лообмшу (локальниг, приведения, середн:и), аеродинам¡чнкг ошр 1 середшо пор1зн!Сть монодисшрс ¡иного шару ("пов¡тря-сферичн I част-ки") з пошречно-оребреними I гладкими трубами, як! занурен1 у шар. Параметра доел ¡давних поверхонь, диапазони змшення визна-чальних фактор!в наведен! у таблиц! 1. Досл!ди для пучк!в труб проводились за планами, збудованими на основ! г!шргреколатинсько-го квадрату четвертого порядку для п'яти фактор1в (швидаостI ф!ль-трацП, подовжного та поперечного щхшв труб, висоти ребер, диаметру часток), при досл1даенн"1 ¡нтенсивност 1 теплообм(ну ! аероди-нам¡чного опору, а також для чотирьох фактор!в (швидамсть ф1льтра-

щ'[ вилучалась з числа влливучих змшних) при вивченн: середяьо! пор1зност1 (вар!ювання факторш зд1"яснювалось на п'яти ршнях); планування ¡нших эксперимент ¡в впроваджувалось з використанням класичних схем. Шд час досл!даення тсплообм¡ну пучкт труб кки-вався метод локального теплового моделювання у стацтнарному режи-ми Сере дня пор!зн1сть шару з пучком труб визяачалась ваговим чином. КоефВДент аеродинам'1чного опору розраховувався по вил ¡ряних перепадах статичного тиску у шар[.

Таблиця 1

Тип ребер Швидк!сть ф1льтра- цп, и,м/с Диаметр часток, (1,ММ Пошрэч-ния крок труб. Подовж-ния крок труб, Бо.мм Висота ребер, Ьр,мм Крок ребер,

Пучки труб (13=25 мм, Ср= .5 ьм)

кругл!' 0.03+1.1 О.З^-б.З 85+138 73+126 5+25 6+18

зр!зан! 0.03+1.1 0.8+5.3 85+138 73+126 5+25 6+18

гладк1 труби 0.06+1.1 0.8+5.3 85+138 73+126 - -

ПоодинокI труби (13=25 км, Ср=3 мм)

кругл \ 0.194-1.6 3.1 ;1 .95 - - 14;25 13

эр"> зав 1 0.18+1.6 3.1 - - 25;26 13

ел!птичн! 0.18+1.6 3.1 - - 25 13

квадратн1 0.18+1.6 3.1 - - 25;21 13

П0Р13Н1СТЬ I АЕРОДЩАМ1ЧНШ ОШР НЕРУХСМОГО ШАРУ 3 ПУЧКАМ/ ТРУБ, ЯК1 ЗАНУРЕН1 У ШАР

Сере дня пор!зн!сть шару з пучками пошречно-о ребре них I гладких труб визначэсться, главним чином, подовжнкм I поперечним кронами труб, висотою ребер, диаметром часток. Зб!лыпення крок'т труб призводить до зниження пор!зност1". Зростання розмфу часток I ви-соти ребер сопроводауеться деяким розпушенням шару. Величина цих зм I н середньо! пор ¡зност I для вивчених умов незначна (не да роб ¡ль -шуе 7%), однак носить систематичния характер. Залеяшсть £ В1Д указэних фактор ¡в обумовлена зм ¡ненням умов скрутност I шару, як! можуть хэрактеризуватися величинов в ¡даосного диагонального зазову (Бд-В)/й М1ж трубами пучку. Суттевия вшшв умов скрутност! на се-' редао порIзн 1 сть спостер!гаеться у облает! (Бд-Б)/(1<30. При цьому наявн!"сть оребрення труб позначасться на величин! ё т!лъки

при (Бд-В)/й<20. Однак, I у диапазон! (БДЧ))/<1=10*20 (структура шару при (5д-В)/с1<10 не досл1даувзлась) вшив оребрення на ё нез-начниа. Огрииэнэ узагалънена залешпсть для середаьо! пор13ност1 шару з шаховими пучками поперечно-оребрених 1 гладких труб (табл.2)

в=С1+С2(й/(5д-0)) . (7)

Таблица 2

1ип поверхн! {Вд-ъ)/а С1 С2 Середньоквад. тогреш.апр.,%

Глэдк'1 труби 0.385 0.521 1.7

Труби з круглими ребрами 13.2-135 0.378 0.763 3.4

Труби ¡з зр!за-ними ребрами 0.385 0.550 2.1

Аеродинам1чнив ошр шару, якия м г стать пучки труб, практично не заложить в!д параметра оребрення, а визначаеться середаьою шидк 1стю пов!тря, пор!зн!стю I розм!ром часток. 1хн1й вплив зали-шаеться таким же, як I для в(лыюго шару. Обробка досшдних даних щодо ковфщ!енту аеродинам¡чяого опору довела, що при використаннI у якост! визначального параметру середаьо Г у пучку шввдкост! по-в!тря вони ¡з середньоквадратичною погр!шн!стю ±20.ЗЖ узагальню-вться зааэжн!стю М.Е.Аарова для в!лъного шару.

ТЕПЛООБМШ НЕРУХОМОГО ФIЛЬТРУВАЛЬНОГО ШАРУ 3 ЗАНУРЕНИМИ ПОВЕРХНЯМИ

ЛОКАЛЫШ ТЕПЛООБМШ. Дослгджувалась локальна теп,10в1ддача цТруб з коловими ребрами (вживався метод м1сцзвого нагр'1вання модели» М!н1мальною ¡нтенсивнгстю теплообмену характер¡зуються лобова I кориова зояи ребра. У межах 6=120*180° в1д лобового перер!зу ребра коефщ!енти теплообмшу знижуються по висот! ребра у напрям-ку В1Д основи до вершини, сягяючи м!н!муму в облает! г/И=0.75* 0.85, а потш дэк!лька зростакггь; у межах 0=10*120° максимум теп-лов1"дцачи спостер!гаеться не у основи ребра, а на давн!й в¡дстэн! в!д не!. Нагменшою величиною Одщ/Од^ характеризуемся лобовиа пврерIз ребра (аЕах/аш1п=' -2*1.4). 1з зростанням 8 у межах в!д О до 30° ступшь рад!алъно! неравном¡рност! зростае; ¡з зм!ною 9 у диапазон! 30160° значения вда^^т за-лишаеться практично гсхгпи-ним (1.6*2.2), пот'ш знижусться (1.6*1.7). Эб1льшення швидкост'!

потоку ¡ятвнсиф!кус теплов!ддэчу по ycia поверхнi ребра i цил1нд-ру. При цьому неравном¡рн1сть розпод!лу Koe$iuicHTiB тешообмшу по колу ребра трохи зб1льшу£ггься, а по периметру несучо! труби-зменшуеться. На рад1альну неравном!рн!сть швидк!сть говгтря сутте-вого впливу не чинить. Теплов!дцача по одиноко i труби ! труб пучка характаризуеться практично однаковою неравном ¡рн!стю. 1нтенсив-вн1сть теплообм 1ну шару з ребрами i з несучим цил ¡ядром нводаако-ва, причому р1зниця заложить в(д швидкост! потоку. Для вивчених умов коеф!ц1евти теплов1даачи дал1ндру на 4+171 вид!, н1а для ребер. Под!бне явицэ залишаеться I для труб у в!льному потоц!. У да-ному випадку, одаак, вони характеризуються б!льв суттевою розницею у теплов1дщач! ребер i цил!ндру. Труби, занурен! у шар, мають менш р!вном!рниа розпод!л а по ребру 1 шы1ндру, ан!ж труби, що окивэю-ться в!льним потоком.

СЕРЭДПИ ТЕПЛООБМIH ТРУБ 3 РЕБРАМИ PI3H0I ФОРКИ. Досл5даэнвя середкьо! тешгав!дцачи поодиноких цил1ндр1в з круглими, ел!пгични-ми, зр!заними ! квадратаими ребрами проваджувалося для даох випад-к(в: при однаков!м для ycix труб максимальному розм!р! ребра i при одааков!м коеф!ц!ент! оребрення (труби з ребрами некругло i форми ор1ентувались меншей в! сею ребер за ходою пов!тря). У шршому ви-падау наянижч! значения а мать труби з к!лъцэвим оребренням. Максимальною 1нтенсивя!стю твплов1дцачи характеризуються труби ¡з зр!заними i ел11тгичними (при hp/h^'H =2) ребрами. IxHi середн! ко-еф1ц1енти тзплов1ддзчи для вивчених умов на 21+27* виц1, н!ж у труб з круглими ребрами. Коефщ!енти теплообм!ну труб з ел!птични-ми (при hp/hp'н =1.5) i квадратаими ребрами даревищують значения а для труб Тз круглими ребрами на 11+1856. У сервдньому коеф1ц!енти теплообмшу оребрених труб на 13+46% менш!, н!ж гладких. Пом!тне розходкення м!ж коеф1ц! Битами теплообм!ну труб з однаковим коеф!-цiснт!м оребрення спостер!гаеться в облает! 270<Re<1200. Максимальною !нтенсивнiстю тешообм 1ну у позначеному диапазон! харзкте-ргоуються труби !з зр!заними ребрами, m'ih¡мальиою- !з круглими. Р!зниця у тешгав!дцэч! ция труб у залеяашет! в!д швидкост! потоку знаходиться у межах 12+38%. Дан! для щшндр'ш з ел!1ггичними ! квадратаими ребрами у середньому на 8+16% нижч!, н1ж 1з зр!заними. 3! зростом швидкост! ф!дьтрацП р!зниця у ¡нтенсивност! теплообм!-ну поверхонь знижуеться, а при Re>1200 форма ребер на тешгов!Дцачу практично не впливае. Ексшриментальн! дан! щодо евреднього тепло-обм!ну для кожно1 досл!дкеноТ труби узагальнен! у виглдд! залеж-HocTi Ru=cRen, у як ¡я в якает i визначаюших параметр ¡в пршнят i

швидк ¡сть ф1лътрац!1 I диаметр несучо I труби.

СЕРЕДН1Й ТЕПЛ00БМ1Н У ЛУЧКАХ ТРУБ. 1нтенсивн 1сть тешюобм!ну цучк!в труб з коловши ребрами визначаеться, головним чином, сере дньою швидкЮтю пов!тря, висотою та кроком ребер. Э51лызешя швидкост! пов!тря сопроводкуеться суттевою 1нтенси1)1кац!ею тешю-обм1ну. 31 зростом висоти ребер тешюв!дцача г!ршае. При цьому за-лежн!сть коеф!ц!енту теплообм!ну в!д висоти ребер душ труб, як! занурен! у шар дисперсного матер 1алу, значн!ша, н!ж для труб у в1льному готоц!. Ш пояснюеться там, щр при зб1льшенн! висоти ребер на трубах, розташованих у шар!, додатково виявляеться зб1ль-шення гор(зност) у навколотрубному простор!. ЭсИлыиення кроку ребер проводить до зниження ¡нтенсивност! теплообм)ну. Певно, ш пов'язано з там, шо !з зростанням кроку ребер в1д5увзеться лерэх!д в !д упорядкованих структур шару насадки у межереберних пром!жках до б!льш пухкого укладання. Такиа перехщ визначае зниження ефэк-тивно I теплопров!дност! шару у навколотрубному простор I, I, таким чином, 1 змеяшняя коеф!ц!енту теплообм!ну. 1нтенсивн1сть тепло-в!дцачи пучк!в гладких труб та труб 1з зрIзаними ребрами головним чином залзюггь в!д середаьо1 у пучц! шввдкост! пов1тря.

Доел 1 да! дан! подо теплообм!ну шару з шаховими пучками пош-речно-оребрених ! гладких труб узагальшовались у вигляд! залзжнос-

Т1

Яи=сКеп1(Ьр/1))п2(8р/В)п3, (8)

справедливо! у сл!дуючих диапазонах зм!нення параметров: 47£Йе£ <1750 , 3.4<3,/В<5.52, 2Ж^Л&Ь.04, 0.2<Ц/1><1.0, 0.0325(1/1)5 50.212, 0.24<£р/1)50.72 (табл.З).

Таблиця 3

Тип поверхн! с Ш п2 ПЗ Свредаьоквад. погреш.апр.Л

Труби з круглими ребрами 0.43 0.62 -0.22 -0.14 10.9

Труби !з зр!заними ребрами 1 .09 0.56 0 0 10.8

Глада! труби 1.842 0.52 0 0 7.3

Отримана залежн!сть для розрахунку поправки ф до теоретичного коеф!ц!енту ефективност! круглих ребер ф=1-0.08пШр, яка е справедливою 1з середаьоквадратичною похибкою ±0.856 у диапазон! 0.09£т1уг <0.92. Величина поправки ф до розрахункового коеф!ц!енту ефектив-

ностI зр1заних ребер у досл1даеному диапазон! змшення параметров практично не в'|др!знясться в1д одиниц!.

Досл1даен[ повергн! пор ¡внювалися лише за величиною тешгазао-ма (лшйвого та об'емного), оск1лыси 1хн!Я аеродинам¡чния ошр практично не залэжить в¡д параметр¡в оребрення. При Ре<1200 макси-мальним теплозяомом характеризуються труби ¡з зр^заними ребрами, м!н!мальним- з круглики. Так, при К0р=5, Б =11.5 мм в¡двоения теплозяом 0/0™ з оданиц! довжини у першому випадку доривнюеть 3.5+3.9, у другому- 2.7+3.3. 1з зростанням шввдкост! ф!льтрацп р!зниця знижуеться, а при йе>1500 вона с зневажливо малою.

Наведен! в робот! результата використовзвI при тепловому 1 аеродинам¡чному розрахунках катал'1тичного смрчанокислотного реактору.

ОСНОВНI ВИСНОВКИ

1. Результата розрахунк;в теплообм ¡ну шару з цил!ндром за приблкз-ними аналптичними формулами для одно- та двокомпонентово I модел!' та по чисельному алгоритму досеть добре узгоджухггься з досл)дяими даними р!зних авгтор!в. Виконания анал!з дов!в, що при описуванн! зовн!пшього тэплообШну у шар! ан(зотрошю пров!дностI можна не враховувата ! розраховувата ефективния коефвдент теплопров!дност1' по залежностях для поперечно I дисшрс! Т.

2. У облает! (5д-Б)/с1<30 середня пор!зн!сть шару з зануреними шаховими пучками подаречно-оребрених ! гладких труб сулено зале-жить В1Д умов скрутност!, котр! визначаються, головним чином, компоновкою пучку I розм!ром часток. При (5д-Б)/сЬ30 наявюсть зану-рених пучк!в суттЕВО не впливае на середню пор1зн!сть в!льного шаРУ-

3. Аеродинам!чния оп!р шару з зануреними пучками пошречно-оребрених ! гладких труб дяя вивчених умов визначаеться середньою швид-к!стю пов!тря, розм!ром часток I пор"13н1стю шару у пучц;. 1хн!'я вплив у як!сн!М та кглыисшм в!дношеннях залкваеться таким же, як для в!льного шару, I практично не заложить в!д параметр ¡в оребрення. Коеф1щент оп!ру при використанн! середн!х у пучку швидкост1 пов!тря ! пор!зност1 можна описэти залежшетю М.Е.Аерова для вьть-ного шару.

4. Труби з коловими ребрами, занурен'1 у нерухомия шар, то фиьтру-сться, характеризуються у середньому у 1.2+1.5 разу б!льшою неравном ¡рн ¡сто розпод!лу локальних хоефщ'1ЕНТ1В теплообм ¡ну по поверх-

-1 4-

Hi, Hirn у в1льному погодi. При цьому у труб у шарi максимум тепле Б1хщачи cnocTepiraeTbCfl на бокових д1лянках ребра, а м¡н¡мум- у лобовin та кормов¡г зонах.

5. Ребрист i труби хзрактеризуються меншею середньою ¡нтенсивн ¡стк тепдообм!ну пор¡вняв о ¡з гладкими. Форма ребер впливас на тепло-в'ютачу труб лише при Ке>1200. У ii'iK облает i максимальною ¡нтен-сивн i спо теплообмшу серед доел ¡люнш поверхонь характеризуються труби 13 зр¡заними ребрами, мШмальною- ¡з круглими.

6. 1нтенсивн1сть теплообмшу пучков труб з коловим оребренням у вивченому диапазон! змшення параметр ¡в визначаеться, головним чу. ном, середньов у пучд! пвидкiстю пов!тря, висотою i кроком ребер; теплов1ддача пучк!в труб is зр i заними ребрами i гладких труб зале жить т1льки Bifl середньо! швидкост! пов1тря.

7. Для труб з коловими ребрами поправочнии коеф!ц1ент ф до теоретичного значения коеф1ц1енту ефекгивностi, якиа врэховуо неравномерность теплов1ддачи по ребру, заложить В1Д безрозм1рного комплексу шй^; для труб 1з 3pi заними ребрами величина поправочного ко еф1шенту може бути прианята р!вною оданиц!.

8. Оребрення труб призводать до збгльшення теплозйому з одинищ довжини i теплового потоку, в1днесеного до одиниц!' об'ему шару. У облает i Re<1200 для досягнення високих значень цих показчик ¡в до-шльно вживання труб 1з 3piзаними ребрами. При Re>1200 можуть вжи ватися труби з круглими ребрами.

СПИСОК ПУБЛ1КАЩИ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРВДП

1. Календерьян В.А., Ахмед Султан, Гаппасов В.Р. Температурное по ле в неподвижном фильтруемом слое с источниками тепла и погруженными теплообменными поверхностями // Математические метода тепло-массопереноса. - Днепропетровск, 1986. - С.55-58. - (Сб. науч. тр /ДГУ).

2. Календерьян В.А., Грабовская М.А., Ахмед Султан, Гаппасов В.Р. Тедлоперенос в высококонцентрированных азродисперсных системах с внутренним тепловыделением // Тез. докл. XIV Всесоюз. конф. "Акту альте вопросы физики аэродисперсных систем"/ ОГУ. - Одесса, 1986 - Т.2. - С.57.

3. Календерьян В.А., Гаппасов В.Р. Нестационарный теплоперенос в неподвижном фильтруемом слое с погруженными теплообменными поверх ностями // Тез. докл. 1-го Минского Международного форума "Тепломассообмен- М№Г/ ИТМО АН БССР. - Минск, 1988. - С.31-33.

4. Календерьян В.А.. Гаппасов В.Р. Порозность и аэродинамическое сопротивление неподвижного слоя с погруженными пучками поперечно-оребренных труб // Тез. докл. VII Республиканской конф. "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств"/ Л ПИ. - Львов, 1988. - 4.1. - С.39.

5. Календерьян В.А., Гаппасов В.Р. Расчет каталитического реактора с неподвижным слоем и погруженными теплообменными поверхностями // Химия и химическая технология (Известия высш. учеб. заведений). -1988. - Т.31, N 3. - С.115-118.

6. Календерьян В.А., Грабовская М.А., Гаппасов В.Р., Теслюк В.А. Определение эффективных коэффициентов теплопереноса плотного продуваемого слоя методом обратных задач // Кратк. сообц. VI Всесоюз. науч. семин. "Обратные задачи и идентификация процессов теплообмена"/ МАИ. - Москва, 1988. - С.149-150.

Т. Гаппасов В.Р., Календерьян В.А. Теплообмен неподвижного фильтруемого слоя с пучками труб с кольцевым оребрением / ОТИХП. -Одесса, 1989. - 17 с. - Деп. в УкрНШШТЙ 21.03.89, N831-YK89.

8. Календерьян В.А., Гаппасов В.Р. Численный анализ нестационарного теплопереноса в аэродисперсном слое с погруженными теплообменными поверхностями // Тез. докл. XV Всесоюз. конф. "Актуальные вопросы физики азродисперсных систем"/ ОГУ. - Одесса, 1989. - Т.2. - С.139.

9. Прохоров В.Г., Гаппасов В.Р., Календерьян В.А. Аэродинамическое сопротивление неподвижного фильтруемого слоя с погруженными поверхностями // Химическая промышленность. - 1991. - N11. - С.686-688.

10. Гаппасов В.Р., Овчаренко О.Л. Эффективность оребрения поверхностей, погруженных в слой насадки // Тез. докл. VIII Республиканской конф. "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов х12/ическкх производств"/ ДХТЙ. - Днепропетровск. 1991. - С.63-64.

11. Календерьян В.А.. Гаппасов В.Р. Анализ внешнего теплообмена зернистого слоя на основе двухкомпояентной модели // Тез. докл. 11-го Минского Международного форума "Тегглсмассообмен-ММФ" / ИТМО AHB. - Минск, 1992. - С. 11-14.

12. Календерьян В.А., Гаппасов В.Р., Свчарекко О.Л. Об учете теплообмена неподвижного фильтруемого слоя с погруженными поверхностями в двухкомпонентной модели теплопереноса // ИФЖ. - 1992. -

Т.63, N 1. - С.63-68.

УМ0ВН1 ПОЗНАЧЕННЯ

а- рзд¡ус часток; с- питома теплоемн!сть; I, с1- диаметр несучих труб, часток шару; Ьр- максимальна висота ребер; К0р- коеф1ш-спт поперечно! дисперсП, оребрення; г,й- рад'эльна коорд!ната, рад1ус цил!ндру; б- питома поверхня шару; Бр- крок ребер; Б,, Бд - лоперечяия, подовжн!» та д1агональниа кроки труб у пучку; Т-темлерэтурэ; и- швидк!сть; у- поперечна координата; а- коеф!ц!ент тешов!ддачи; б- товшна; е- пор!зн!сть; 8- кутова зм!нна; Х- кое-фШ1ент теплопров!даост!; г)- безрозм!рна поперечна координата; v-к¡нематична в'язк!сть; р- об'емна концзнтращя часток, густана.

х- газ, газовиг компонент; и- м(жкомпонентовиа; г- рзд!альния; э-тзердкг компонент; 8- кутовия; гл- гладкия; м!н- мШмальний; р-ребро; 0- поверхня т!ла, незбурений, непродувния; * - ефективнка; - середне значения.

1НДЕКСК

Подписано к печати 16.0^.^4 г. лрыат 1/16 Объём 1,0 п.л. ¿ах. № 60 Ткр. 100 экз. Ротапринт ОТИЛПЛ