Экспериментальное исследование теплогидравлических характеристик поперечно обтекаемых пучков труб с поверхностными генераторами вихрей


DOI: 10.34759/tpt-2022-14-6-243-254

Авторы

Кадыров Р. Г.1, Попов И. А.1*, Жукова Ю. В.2, Маршалова Г. С.2**, Хабибуллин И. И.3***

1. Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия
2. Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси , 220072, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 15
3. «НИИтурбокомпрессор им. В.Б.Шнеппа», 420029, Россия, г. Казань, Сибирский тракт, 40

*e-mail: popov-igor-alex@yandex.ru
**e-mail: galiana.sidorik@icloud.com
***e-mail: rim3li490@mail.ru

Аннотация

Проведено экспериментальное исследование конвективного теплообмена шахматных и коридорных пучков труб с нанесенными на их поверхность генераторами вихрей в различной компоновке при обтекании пучков потоком воздуха. Генераторы вихрей — сферические выемки относительной глубины h/d = 0.5, нанесенные в шахматном порядке и покрывающие 50, 75 и 100% площади внешней поверхности трубы. Рассматривались различные продольные и поперечные шаги труб в пучке. Определены гидравлические потери и суммарная теплоотдача рассматриваемых пучков труб, а также локальные коэффициенты теплоотдачи по периметру труб в разных рядах пучка. Установлено, что наибольшая теплогидравлическая эффективность (порядка 1.1) при скомпонованных в шахматном порядке трубах характерна для пучков труб со 100%-ной площадью покрытия генераторами вихрей; наименьшая эффективность (0.95) наблюдается у пучка труб с 50%-ной площадью покрытия генераторами вихрей. Для коридорной компоновки труб наибольшая теплогидравлическая эффективность составляет 0.98–1.0 для труб со 100% площадью нанесения генераторов вихрей; наименьшая эффективность (в среднем 0.89) — для труб с 50% и 75% площадью покрытия генераторами вихрей. Полученные результаты позволяют разработать рекомендации по усовершенствованию теплопередающих поверхностей, состоящих их пучков круглых труб, применительно для теплообменных аппаратов для различных областей применения.

Ключевые слова:

теплоотдача, гидравлическое сопротивление, пучок труб, эффективность, генератор вихрей

Библиографический список

  1. Попов И.А., Махянов Х.М., Гуреев В.М. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена: Интенсификация теплообмена: монография / под общ. ред. Ю.Ф. Гортышова. Казань: Центр инновационных технологий, 2009. 560 с.
  2. Eiffel G. Experiences sur la resistance de l’air // Comptes Rendus, 1903, vol. 137, pp. 30–32.
  3. Дееб Р. Обобщение и анализ результатов последних исследований в области улучшения характеристик теплообмена и гидродинамики при поперечном обтекании гладких труб // Тепловые процессы в технике. 2021. Т. 13. № 2. С. 50–69. DOI: 10.34759/tpt-2022-14-2-74-84
  4. Письменный Е.Н. Эффективные теплообменные поверхности из плоскоовальных труб с неполным оребрением // Теплоэнергетика. 2011. № 4. С. 7–12.
  5. Кунтыш В.Б., Сухоцкий А.Б., Пиир А.Э. Исследование теплоотдачи и сопротивления шахматных пучков воздухоохлаждаемых теплообменников из труб с накатными алюминиевыми ребрами различной высоты // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2010. № 12. С. 3–7.
  6. Prandtl L. Hydroaeromechanika. Izhevsk: SIC «Regular and chaotic dynamics», 2000, 576 p.
  7. Landau L.D., Lifshits E.M. Hydrodynamics. Theoretical Physics: in 10 vol, vol. 6. Moscow: Nauka, 1986, 736 c.
  8. Yurchenko N., River R., Pavlovsky R. Control of the profile aerodynamics using streamwise vortices generated in a boundary layer // Proc. World Congress «Aviation in the XXI-st Centary». Kyiv, 2003. P. 14–16.
  9. Kalinin E.K., Dreitser G.A., Kopp I.Z., Myakotchin A.S. Efficient Surfaces for Heat Exchangers Fundemantabs and design. New-York, 2002.
  10. Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Олимпиев В.В., Щелчков А.В., Каськов С.И. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования. Интенсификация теплообмена: монография / под общ. ред. Ю.Ф. Гортышова. Казань: Центр инновационных технологий, 2009. 531 с.
  11. Isaev S.A., Baranov P.A., Gortyshov Yu.F., Guvernyuk S.V., Mazo A.B., Smurov M.Yu., Sudakov A.G., Usachov A.E., Kharchenko V.B. Aerodynamics of thickened bodies with vortex cells. Numerical and physical modeling. St. Petersburg: Polytech University Publishing House, 2016, 215 p.
  12. Chang P.K. Separation of Flow. Pergamon Press, 1970.
  13. Roshko A. On the drag and shedding frequency of bluff cylinders // Nat. Adr. Comm. Aero., Wash., Tech. 1954, Note 3169.
  14. Igarashi T. Correlation between heat transfer and fluctuating pressure in separated region of a circular cylinder // International Journal of Heat and Mass Transfer, 1984, vol. 27, pp. 927–937.
  15. Zhdanov V., Kukharchuk I., Terekhov V. Velocity field behind a plate installed in the inner region of a turbulent boundary layer // Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2020, vol. 93, no. 5, pp. 1233–1239.
  16. Dyachenko A.Yu., Zhdanov V.L., Smulsky Ya.I., Terekhov V.I. Experimental study of heat transfer in the separation region behind the reverse ledge in the presence of tabs // Thermophysics and Aeromechanics, 2019, vol. 26, no. 4, pp. 549–560.
  17. Baranova T.A., Zhdanov V.L., Zhukova Yu.V., Isaev S.A. Reduction of Resistance and Heat Transfer Enhancement in Flow Past a Cylinder with Jet and Vortex Generators // Heat Transfer Research, 2010, vol. 41, no. 4, pp. 401–411.
  18. Zukauskas A.A. Convective transfer in heat exchangers. Moscow: Mir, 1982.
  19. Баранова Т.А., Данильчик Е.С., Жукова Ю.В., Кадыров Р.Г., Маршалова Г.С., Миронов А.А., Попов И.А., Скрыпник А.Н., Чорный А.Д. Cопротивление и теплообмен одиночной трубы с поверхностными генераторами вихрей // Тепловые процессы в технике. 2021. Т. 13. № 11. С. 495–508.
  20. Кикнадзе Г.И., Гачичеладзе И.А., Алексеев В.В. Самоорганизация смерчеобразных струй в потоках вязких сплошных сред и интенсификация теплообмассообмена, сопровождающая это явление. Москва: Издательство «МЭИ», 2005. 84 с.
  21. Беленький М.Я., Готовский М.А., Леках Б.М., Фокин Б.С., Хабенский В.Б. Экспериментальное исследование тепловых и гидравлических характеристик теплообменных поверхностей, формованных сферическими лунками // ТВТ. 1991. Т. 29. № 6. С. 1142–1147.
  22. Быстров Ю.А., Исаев С.А., Кудрявцев Н.А., Леонтьев А.И. Численное моделирование вихревой интенсификации теплообмена в пакетах труб. Санкт-Петербург: Судостроение, 2005. 392 с.
  23. Chudnovsky Ya., Kozlov A. Heat transfer enhancement and fouling mitigation potential due to dimpling the convective surfaces // International Heat Transfer Conference. Paper № HTE—21. Sidney. Australia. 2006. 10 p.
  24. Chudnovsky Ya. Vortex Heat Transfer Enhancement for Chemical Industry Fired Heaters // 2004 AIChE Spring Technical Meeting. New Orleans, 2004.
  25. Жукаускас А.А., Макарявичюс В. И., Шланчяускас А.А. Теплоотдача пучков труб в поперечном потоке. Вильнюс: Минтис, 1968. 191 с.
  26. Кузнецов Н.В., Щербакова А.В., Титова Е.Я. Новые расчетные формулы для сопротивления поперечнообтекаемых трубных пучков // Теплоэнергетика. 1954. № 9. С. 27–32.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024