energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2018-61-6-552-563energy-1410Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGЭкспериментальное исследование и обобщение данных по интенсифицированной конвективной теплоотдаче однорядных пучков ребристых труб в потоке воздухаIntensified Convection Heat Transfer of Single-Row Bunch of Finned Tubes in an Air Stream: Experimental Study and Generalization of the Obtained DataСухоцкийА. Б.SukhotskiiA. B.

Адрес для переписки: Сухоцкий Альберт Борисович - Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск. Тел.: +375 17 327-87-30    alk2905@mail.ru

Address for correspondence: Sukhotskii Al'bert B. – Belarusian State Technological University, 13а Sverdlov str., 220006, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 327-87-30,   alk2905@mail.ru

 

alk2905@mail.ruМаршаловаГ. С.MarshаlоvаG. S.Белорусский государственный технологический университетБеларусьBelarusian State Technological UniversityBelarus201811122018616552563Copyright © Сухоцкий А.Б., Маршалова Г.С., 20182018Сухоцкий А.Б., Маршалова Г.С.Sukhotskii A.B., Marshаlоvа G.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1410

В статье представлены методика и результаты экспериментального исследования интенсифицированной теплоотдачи для однорядного пучка, состоящего из биметаллических труб со спирально накатными ребрами со следующими параметрами: наружный диаметр ребра d = 56 мм, высота ребра h = 15 мм, шаг ребра s = 2,5 мм, средняя толщина ребра D = 0,5 мм, диаметр ребра у основания d0 = 26 мм, коэффициент оребрения j = 21. Поперечный шаг труб S1 в однорядном пучке составляет 58, 61, 64 и 70 мм. Интенсификация теплоотдачи была организована в потоке нагретого воздуха над экспериментальным пучком с помощью двух типов вытяжных шахт − с регулируемой высотой и регулируемым проходным сечением. Цель работы – экспериментальное исследование и обобщение данных по теплоотдаче однорядных пучков, состоящих из биметаллических ребристых труб, при интенсифицированной (смешанной) конвекции воздуха, а также разработка инженерной методики расчета однорядных рециркуляционных воздухонагревателей. Результаты экспериментального исследования интенсифицированной конвективной теплоотдачи однорядного пучка, состоящего из биметаллических ребристых труб, в потоке нагретого воздуха представлены в виде зависимостей числа Нуссельта от чисел Грасгофа и Рейнольдса. При обобщении экспериментальных данных получено обобщенное критериальное уравнение для вычисления теплоотдачи однорядного пучка, состоящего из биметаллических ребристых труб, при различных поперечных шагах установки труб, площадях выходных отверстий и высоте вытяжной шахты. Разработана инженерная методика конструктивного расчета однорядного рециркуляционного воздухонагревателя.

The article presents method and results of experimental study of the intensified heat transfer for the single-row bunch consisting of bimetallic pipes with spiral knurled ribs with the following parameters: outer diameter of a rib d = 56 mm; rib height h = 15 mm, rib pitch s = 2.5 mm, average thickness of a rib D = 0.5 mm; diameter of a rib at the bottom d0 = 26 mm, coefficient of fins j = 21. The pipes cross pitch S1 in a single-row bunch makes 58, 61, 64 and 70 mm. The intensification of a heat transfer has been arranged in a stream of heated air over an experimental bunch by means of two types of exhaust shaft i.e. the one with adjustable height and the one with the adjustable section through passage. The aim of the work was to perform an experimental study and to summarize the data of a heat transfer of the single-row bunches consisting of bimetallic finned tubes under the intensified (mixed) air convection and also to develop an engineering method of calculation of single-row recirculation air heaters. The results of experimental study of the intensified convective heat transfer of the single-row bunch consisting of bimetallic finned tubes in a stream of heated air are presented in the form of dependences of number of Nusselt on Grashof number and Reynolds number. As a result of generalization of experimental data, the generalized criteria equation for calculation of heat transfer of the single-row bunch consisting of bimetallic finned tubes when cross pitches of installation of tubes, the areas of exhaust outlets and heights of the exhaust shaft are various, has been obtained. The engineering technique for design calculation of the single-row recirculation air heater has also been developed.

воздушное отоплениерециркуляционный воздухонагревательсвободная конвекциясмешанная конвекциябиметаллическая ребристая трубаоднорядный пучокинтенсифицированная конвективная теплоотдачаконвективный коэффициент теплоотдачикритериальное уравнение теплоотдачиair heatingrecirculation air heaterfree convectionmixed convectionbimetallic finned tubesingle-row bunchintensified convective heat transferconvective coefficient of a heat transfercriteria equation of a heat transferReferencesТеплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха / В. М. Гусев [и др.]; под общ. ред. В. М. Гусева. Л.: Стройиздат, 1981. 343 с.Gusev V. M., Kovalev N. I., Popov V. P., Potroshkov V. A. (1981) Heat Engineering, Heating, Ventilation and Air Conditioning. Leningrad, Stroiizdat Publ., 343 (in Russian).Максимов, Г. А. Отопление и вентиляция / Г. А. Максимов. М.: Стройиздат, 1949. Ч. 2. 258 с.Maksimov G. A. (1949) Heating and Ventilation. Part. 2. Moscow, Stroiizdat Publ. 258 (in Russian).Богословский, В. Н. Отопление / В. Н. Богословский, А. Н. Сканави; под. ред. В. Н. Богословского. М.: Стройиздат, 1991. 735 с.Bogoslovskii V. N., Skanavi A. N. (1991) Heating. Moscow, Stroiizdat Publ. 735 (in Russian).Соколов, П. В. Проектирование сушильных и нагревательных установок для древесины / П. В. Соколов. М.: Лесная промышленность, 1965. 322 с.Sokolov P. V. (1965) Design of Drying and Heating Installations for Wood. Moscow, Lesnaya Promyshlennost' Publ. 322 (in Russian).Кунтыш, В. Б. Теплоотдача естественной конвекцией одиночного ряда вертикальных оребренных труб калориферов лесосушильных камер / В. Б. Кунтыш, А. В. Позднякова, В. И. Мелехов // Известия вузов. Лесной журнал. 2002. № 2. С. 116−119.Kuntysh V. B., Pozdnyakova A. V., Melekhov V. I. (2002) Heat Transfer by Natural Convection Single Series of Vertical Finned Tubes of Heaters of Wood Drying Cameras. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Lesnoi Zhurnal [Proceedings of Higher Educational Institutions. Forest Journal], (2), 116–121 (in Russian).Зорин, В. М. Атомные электростанции / В. М. Зорин. М.: Издательский дом МЭИ, 2012. 627 с.Zorin V. M. (2012) Nuclear Power Plants. Moscow, MPEI Publ. 627 (in Russian).Tuğba, İnan Experimental and Numerical Investigation of Natural Convectionin a Double Skin Facade / İnan Tuğba, Tahsin Başaran, Mehmet Akif Ezan // Applied Thermal Engineering. 2016. No 106. P. 1225–1235.Tu?ba ?nan, Tahsin Ba?aran, Mehmet Akif Ezan (2016) Experimental and Numerical Investigation of Natural Convectionin a Double Skin Façade. Applied Thermal Engineering, (106), 1225–1235. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.06.124.Moftakhari, Ardeshir. Natural Element Method Study of Combined Natural Convective and Radiative Heat Transfer in Irregular-Shaped Mediums with Radiative Properties / Ardeshir Moftakhari, Ardalan Moftakhari Chaei Ghazvin // International Journal of Thermal Sciences. 2017. Vol. 122. P. 141–161.Ardeshir Moftakhari, Ardalan Moftakhari Chaei Ghazvin (2017) Natural Element Method Study of Combined Natural Convective and Radiative Heat Transfer in Irregular-Shaped Mediums with Radiative Properties. International Journal of Thermal Sciences, 122, 141–161. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2017.07.029.Effect of Domain Boundary Set on Natural Convection Heat Transfer Characteristics for Vertical Annular Finned Tube Heat Exchanger / Han-Taw Chen [et al.] // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 109. P. 668–682.Han-Taw Chen, Yu-Jie Chiu, Hung-Chia Tseng, Jiang-Ren Chang (2017) 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, 109, 668–682. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.02.043.Analysis of Nonlinear Heat Exchange Phenomena in Natural Convection Cooled Electronic Systems / Gilbert De Mey [et al.] // Microelectronics Reliability. 2016. Vol. 67. P. 15–20.Gilbert De Mey, Torzewicz T., Kawka P., Czerwoniec A., Janicki M., Napieralski A. (2016) Analysis of Nonlinear Heat Exchange Phenomena in Natural Convection Cooled Electronic Systems. Microelectronics Reliability, 67, 15–20. https://doi.org/10.1016/j.microrel. 2016.11.003.Yogesh, J. Natural Convection Flow Interaction Above a Heated Body / J. Yogesh // Letters in Heat and Mass Transfer. 1976. Vol. 3, No 5. P. 457–466.Yogesh J. (1976) Natural Convection Flow Interaction Above a Heated Body. Letters in Heat and Mass Transfer, 3 (5), 457–466. https://doi.org/10.1016/0094-4548(76)90057-6.Numerical and Experimental Study of Natural Convection Heat Transfer Characteristics for Vertical Annular Finned Tube Heat Exchanger / Han-Taw Chen [et al.] // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 109. P. 378–392.Han-Taw Chen, Yu-Jie Chiu, Chein-Shan Liu, Jiang-Ren Chang (2017) Numerical and Experimental Study of Natural Convection heat Transfer Characteristics for Vertical Annular Finned Tube Heat Exchanger. International Journal of Heat and Mass Transfer, 109, 378–392. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.01.122.Yogesh, J. On the Introduction of Disturbances in a Natural Convection Flow / J. Yogesh // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1976. Vol. 19. P. 1057–1063.Yogesh J. (1976) On the Introduction of Disturbances in a Natural Convection Flow. International Journal of Heat and Mass Transfer, 19, 1057–1063. https://doi.org/10.1016/00179310(76)90189-7.Senapati, J. R. Numerical Investigation of Natural Convection Heat Transfer from Vertical Cylinder with Annular Fins / J. R. Senapati, S. K. Dash, S. Roy // International Journal of Thermal Sciences. 2017. Vol. 111. P. 146–159.Senapati J. R., Dash S. K., Roy S. (2017) Numerical Investigation of Natural Convection Heat Transfer from Vertical Cylinder with Annular Fins. International Journal of Thermal Sciences, 111, 146–159. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2016.08.019.Hüseyin, A. Investigation of Passive Residual Heat Removal System for VVERs: Effects of Finned Type Heat Exchanger Tubes / A. Hüseyin, N. S. Cemal // Applied Thermal Engineering. 2016. Vol. 108. P. 466–474.Hüseyin A., Cemal N. S. (2016) Investigation of Passive Residual Heat Removal System for VVERs: Effects of Finned Type Heat Exchanger Tubes. Applied Thermal Engineering, 108, 466–474. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.07.128.Andrzejczyk, R. Thermodynamic and Geometrical Characteristics of Mixed Convection Heat Transfer in the Shell and Coil Tube Heat Exchanger with Baffles / R. Andrzejczyk, T. Muszynski // Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 121. P. 115–125.Andrzejczyk R., Muszynski T. (2017) Thermodynamic and Geometrical Characteristics of Mixed Convection Heat Transfer in the Shell and Coil Tube Heat Exchanger with Baffles. Applied Thermal Engineering, 121, 115–125. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.04.053.Kuntysh, V. B. Experimental Investigation of Free-Convection Heat Exchange Between Multiple-Row Staggered Banks of Tubes with Spiral Fins / V. B. Kuntysh, A. V. Samorodov, A. N. Bessonnyi // Chemical and Petroleum Engineering. 2008. Vol. 44, No 3–4. P. 113–120.Kuntysh V. B., Samorodov A. V., Bessonnyi A. N. (2008) Experimental Investigation of FreeConvection Heat Exchange Between Multiple-Row Staggered Banks of Tubes with Spiral Fins. Chemical and Petroleum Engineering, 44 (3–4), 113–120. https://doi.org/10.1007/s10556-008-9021-y.Kuntysh, V. B. Engineering Method for Thermal Analysis of an Air Cooler in a Regime of Free-Convective Heat Exchange / V. B. Kuntysh, A. B. Sukhotskii, A. V. Samorodov // Chemical and Petroleum Engineering. 2014. Vol. 49. P. 773–779.Kuntysh V. B., Sukhotskii A. B., Samorodov A. V. (2014) Engineering Method for Thermal Analysis of an Air Cooler in a Regime of Free-Convective Heat Exchange. Chemical and Petroleum Engineering, 49 (11–12), 773–779. https://doi.org/10.1007/s10556-014-9834-9.Джалурия, Й. Естественная конвекция: тепло- и массообмен / Й. Джалурия; пер. с англ. М.: Мир, 1983. 400 с.Jaluria Y. (1980) Natural Convection: Heat and Mass Transfer. NY, Pergamon Press.Свободноконвективные течения, тепло- и массообмен: в 2 кн. / Б. Гебхарт [и др.]; пер. с англ. М.: Мир, 1991. Кн. 1. 678 с.Gebhart B., Jaluria Y., Mahajan R. L., Sammakia B. (1988) Buoyancy-Induced Flows and Transport. New York, Hemisphere Publishing Corp., 678.Кунтыш, В. Б. Экспериментальная установка и методика исследования теплоотдачи пучков из оребренных труб при смешанной конвекции воздуха / В. Б. Кунтыш, А. В. Самородов, А. И. Самылов // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сб. науч. тр. Архангельск, 1998. Вып. 4. С. 139−149.Kuntysh V. B., Samorodov A. V., Samylov A. I. (1998) Experimental Unit and Methods of Research of Heat Transfer of Bundles of Finned Tubes in Mixed Air Convection. Okhrana Okruzhayushchei Sredy i Ratsional'noe Ispol'zovanie Prirodnykh Resursov: Sb. Nauch. Tr. [Environmental Protection and Rational Use of Natural Resources: Collected Research Works]. Arkhangelsk, (4), 139–149 (in Russian).Разработка стенда и исследование свободной конвекции одиночной оребренной трубы при различных углах наклона / А. Б. Сухоцкий [и др.] // Труды БГТУ. Сер. I: Лесное хозяйство, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов. Минск: БГТУ, 2017. № I. С. 169–175.Sukhotskii A. B., Farafontov V. N., Filatov S. O., Sidorik G. S. (2017) Development of the Stand and Investigation of Free Convection Finned Single Tubes at Different Inclination Angles. Trudy BGTU. Ser. I. Lesnoe Khozyaistvo, Prirodopol'zovanie i Pererabotka Vozobnovlyaemykh Resursov = Proceedings of BSTU. Ser. I. Forestry, Environmental Management and Recycling Renewable Resources. Minsk, Belarusian State Technological University, (I), 169–175 (in Russian).Сидорик, Г. С. Экспериментальный стенд для исследования тепловых и аэродинамических процессов смешанно-конвективного теплообмена круглоребристых труб и пучков / Г. С. Сидорик // Труды БГТУ. Сер. 1: Лесное хозяйство, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов. Минск: БГТУ, 2018. № I. С. 85–93.Sidorik G. S. (2018) Experimental Stand for the Investigations of Thermal and Aerodynamic Processes of Mixed-Convective Heat Transfer of Round-Ribbed Tubes and Bundles. Trudy BGTU. Ser. I. Lesnoe Khozyaistvo, Prirodopol'zovanie i Pererabotka Vozobnovlyaemykh Resursov = Proceedings of BSTU. Ser. I. Forestry, Environmental management and Recycling Renewable Resources. Minsk, Belarusian State Technological University, (I), 85–93 (in Russian).Самородов, А. В. Совершенствование методики теплового расчета и проектирования аппаратов воздушного охлаждения с шахматными оребренными пучками / А. В. Самородов. Архангельск, 1999. 172 с.Samorodov A. V. (1999) Improving the Methods of Thermal Calculation and Design of Air Coolers with Staggered Finned Bundles. Arkhangelsk. 172 (in Russian).Сухоцкий, А. Б. Интенсификация свободной конвекции в однорядном оребренном пучке в аппаратах воздушного охлаждения / А. Б. Сухоцкий, Г. С. Сидорик // Труды БГТУ. Сер. 2: Хим. технол., биотехн., геоэколог. Минск: БГТУ, 2017. № 1. С. 68–74.Sukhotskii A. B., Sidorik G. S. (2017) Intensification of Free Convection in a Single-Row Finned Bundle in Air-Cooling Devices. Trudy BGTU. Ser. 2. Khimicheskie Tekhnologii, Biotekhnologiya, Geoekologiya = Proceedings of BSTU. Ser. 2: Chemical Technologies. Biotechnology. Geoecology. Minsk, Belarusian State Technological University, (1), 68–74 (in Russian).Примеры расчетов нестандартизованных эффективных теплообменников / В. Б. Кунтыш [и др.] ; под. ред. В. Б. Кунтыша и А. Н. Бессонного. СПб.: Недра, 2000. 300 с.Kuntysh V. B., Bessonnyi A. N. (ed.) (2000) Examples of Calculations of Non-Standardized Efficient Heat Exchangers. St.-Petersburg, Nedra. 300 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.