Особенности гравитационного течения нагретого воздуха в вытяжной шахте над оребренным пучком


Авторы

Сухоцкий А. Б., Сидорик Г. С.

Белорусский государственный технологический университет , улица Свердлова 13А Минск, 220006, Беларусь

Аннотация

Проанализированы исследования по внедрению в зданиях и сооружениях систем воздушного отопления, которые позволяют обеспечить при помощи одного устройства и отопление, и вентиляцию, а также обеспечивают высокие санитарно-гигиенические условия воздушной среды помещения, меньшую металлоемкость и инерционность системы, более равномерное распределение температур в крупногабаритных помещениях. Проанализированы исследования по применению смешанной конвекции в калориферах рециркуляционных воздухонагревателей.
Изучался двухрядный шахматный пучок воздухонагревателя, составленный из биметаллических ребристых труб, с равносторонней компоновкой труб с продольным шагом S2 = 50 мм и поперечным шагом S1 = 58 мм, со следующими геометрическими параметрами d×d0×h×s×Δ×l = 56×26×15×2.5×0.5×300 мм, коэффициентом оребрения 20. Для организации смешанной конвекции нагретого воздуха над экспериментальным пучком устанавливались два типа вытяжных шахт − с прямоугольным и круглым сечениями, а для структуры гравитационного потока внутри шахты с прямоугольным сечением установлены индикаторы перемещения воздуха. Представлены экспериментальные исследования характеристик гравитационного потока нагретого воздуха в вытяжной шахте над теплообменным пучком в режиме смешанной конвекции в виде экспериментальных зависимостей чисел Нуссельта от Грасгофа. Установлено увеличение теплоотдачи в режиме смешанной конвекции в 2−3 раза по сравнению с теплоотдачей в условиях свободной конвекции воздуха. Описана динамика движения гейзерного течение нагретого воздуха в вытяжной шахте над теплообменным пучком под действием гравитационных сил. Установлено снижение теплоотдачи шахматного двухрядного пучка из-за наличия гейзерных течений воздуха на 20−50%, при этом наиболее негативное влияние оказывается на второй ряд двухрядного пучка (снижение теплоотдачи на 30−40%). Предложен способ снижения негативного влияния гейзерных течений воздуха на теплоотдачу пучка.
Результаты экспериментальных исследований могут быть использованы при разработке энергоэффективных систем воздушного отопления, а также при модернизации установок с воздухоохлаждаемыми теплообменниками путем установки вытяжных шахт.

Ключевые слова:

воздушное отопление, гравитационное перемещение воздуха, биметаллическая ребристая труба, вытяжная шахта, смешанная конвекция, коэффициент теплоотдачи, число Нуссельта, число Грасгофа, гейзерное течение воздуха

Библиографический список

  1. Гусев В.М., Ковалев Н.И., Попов В.П., Потрошков В.А. Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Л.: Стройиздат, 1981. 343 с.

  2. Максимов Г. А. Отопление и вентиляция. Ч. 2. М.: Стройиздат, 1949. 463 с.

  3. Богословский В. Н., Сканави А. Н. Отопление. М.: Стройиздат, 1991. 736 с.

  4. Tugba Inan, Tahsin Basarana, Mehmet Akif Ezan. Experimental and numerical investigation of natural convectionin a double skin facade // Applied Thermal Engineering. 2016. V. 106. P. 1225–1235.

  5. Moftakharia A., Moftakhari A., Ghazvinb C. Natural element method study of combined natural convective and radiative heat transfer in irregular-shaped mediums with radiative properties // International Journal of Thermal Sciences. 2017. V. 122. P. 141–161.

  6. Han-Taw Chen, Yu-Jie Chiu, Hung-Chia Tseng, Jiang-Ren Chang. Effect of domain boundary set on natural convection heat transfer characteristics for vertical annular finned tube heat exchanger // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. V. 109. P. 668–682.

  7. De Mey G., Torzewicz T., Kawka P., Czerwoniec A., Janicki M., Napieralski A. Analysis of nonlinear heat exchange phenomena in natural convection cooled electronic systems // Microelectronics Reliability. 2016. Vol. 67. P. 15–20.

  8. Yogesh J. Natural convection flow interaction above a heated body // Letters in Heat and Mass Transfer. 1976. V. 3. Iss. 5. P. 457–466.

  9. Han-Taw Chen, Yu-Jie Chiu, Chein-Shan Liu, Jiang-Ren Chang. Numerical and experimental study of natural convection heat transfer characteristics for vertical annular finned tube heat exchanger // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. V. 109. P. 378–392.

  10. Yogesh J. On the introduction of disturbances in a natural convection flow // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1976. V. 19. Iss. 9. P. 1057–1063.

  11. Senapati J.R., Dash S.K., Roy S. Numerical investigation of natural convection heat transfer from vertical cylinder with annular fins // International Journal of Thermal Sciences. 2017. V. 111. P. 146–159.

  12. Ayhan H., Sökmen C.N. Investigation of passive residual heat removal system for VVERs: Effects of finned type heat exchanger tubes // Applied Thermal Engineering. 2016. V. 108. Iss. 5. P. 466–474.

  13. Andrzejczyk R., Muszynski T. Thermodynamic and geometrical characteristics of mixed convection heat transfer in the shell and coil tube heat exchanger with baffles // Applied Thermal Engineering. 2017. V. 121. Iss. 5. P. 115–125.

  14. Kuntysh V.B., Samorodov A.V., Bessonnyi A.N. Experimental investigation of free-convection heat exchange between multiple-row staggered banks of tubes with spiral fins // Chemical and Petroleum Engineering. 2008. V. 44 (3–4). P. 113–120.

  15. Kuntysh V.B., Sukhotsky A.B., Samorodov A.V. Engineering method for thermal analysis of an air cooler in a regime of free-convective heat exchange // Chemical and Petroleum Engineering. 2014. V. 49. Iss. 11–12. P. 773–779.

  16. Джалурия Й. Естественная конвекция: Тепло- и массообмен. М.: Мир, 1983. 400 с.

  17. Гебхарт Б., Джалурия Й., Махаджан Р., Саммакия Б. Свободноконвективные течения, тепло- и массообмен. В 2-х книгах, кн.1. М.: Мир, 1991. 678 с.

  18. Кунтыш В.Б., Самородов А.В., Самылов А.И. Экспериментальная установка и методика исследования теплоотдачи пучков из оребренных труб при смешанной конвекции воздуха / Сб. науч. тр. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. Архангельск, 1998. Вып. 4. С. 139−149.

  19. Артемов В.И., Яньков Г.Г., Зорин В.М., Шамароков А.С. Моделирование процессов в воздушном теплообменнике системы аварийного расхолаживания РУ БН-800 // Теплоэнергетика. 2004. № 3. С. 30−38.

  20. Сухоцкий А.Б., Фарафонтов В.Н, Филатов С.О., Сидорик Г.С. Разработка стенда и исследование свободной конвекции одиночной оребренной трубы при различных углах наклона // Труды БГТУ. Сер. I. Лесн. хоз-во, природопольз. и переработка возобн. рес. 2017. Вып I. Минск: БГТУ, 2017. С. 169–175.

  21. Самородов А.В. Совершенствование методики теплового расчета и проектирования аппаратов воздушного охлаждения с шахматными оребренными пучками: Авторефдис.....канд. техн. наук 05.14.14. 1999. С. 3−22.

  22. Сухоцкий А.Б., Сидорик Г.С. Интенсификация свободной конвекции в однорядном оребренном пучке в аппаратах воздушного охлаждения // Труды БГТУ. Сер. 2. Химическая технология, биотехнология, геоэкология. 2017. № 1 (193). С. 68–74.

  23. Сидорик Г.С. Влияние определяющей температуры на теплоотдачу воздухоохлаждаемого теплообменника при смешанной конвекции // Сб. мат. конф. «Ломоносовские научные чтения студентов, аспирантов и молодых ученых – 2017». Сев. (Арктич.) федер. ун-т им. М. В. Ломоносова. Архангельск: ИД САФУ, 2017. С. 536 – 540.

  24. Сухоцкий А.Б., Сидорик Г.С. Повышение энергоэффективности теплообменников воздушного охлаждения // Сб. науч. трудов VI Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Инновационные пути модернизации базовых отраслей промышленности, энерго- и ресурсосбережение, охрана окружающей природной среды». 22–23 марта 2017. Харьков.: ГП «УкрНТЦ «Энергосталь», 2017. С. 25 — 30.



Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024