energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2021-64-4-336-348energy-2085Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGКонвективная теплоотдача однорядных пучков из труб с накатными алюминиевыми ребрами различной высоты при малых числах РейнольдсаConvective Heat Exchange of Single-Row Bundles from Tubes with Rolled Aluminum Fins of Various Height at a Low Values of the Reynolds NumberСухоцкийА. Б.SukhotskiA. B.

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

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

alk2905@mail.ruДанильчикЕ. С.Danil’chikЕ. S.

г. Минск

Minsk

Белорусский государственный технологический университетБеларусьBelаrusian State Technological UniversityBelarus202121072021644336348Copyright © Сухоцкий А.Б., Данильчик Е.С., 20212021Сухоцкий А.Б., Данильчик Е.С.Sukhotski A.B., Danil’chik Е.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/2085

Проведено экспериментальное исследование интенсивности теплового потока одно-рядного горизонтального воздухоохлаждаемого трубчатого пучка теплообменника со спиральными алюминиевыми накатными ребрами при малых числах Рейнольдса (Re < 2000). Геометрические размеры биметаллических оребренных труб пучка следующие: наружный диаметр оребрения d = 56,0 мм; диаметр трубы по основанию d0 = 26,8 мм; высота ребра h = 14,6 мм; шаг ребра s = 2,5 мм; средняя толщина ребра Δ = 0,5 мм; коэффициент оребрения трубы φ = 19,3; теплоотдающая длина l = 300 мм. Наружный диаметр несущей стальной трубы dн = 25 мм; толщина стенки d = 2 мм. Исследования проводились методом полного теплового моделирования на специально разработанном экспериментальном стенде с электрообогревом труб и установленной над пучком вытяжной шахтой. Расход воздушного потока через пучок регулировался путем изменения высоты и площади сечения вытяжной шахты. Проведены тарировочные эксперименты, подтверждающие достоверность полученных данных. Затем ребра стачивались шлифованием с образованием новых типов труб, которые компоновались в однорядный шеститрубный пучок с постоянным относительным поперечным шагом σ1 = S1/d = 1,14 = const, а тепловые исследования проводились повторно. В результате получено обобщенное критериальное уравнение теплоотдачи  оребренного горизонтального однорядного пучка при малых числах Рейнольдса для различных высот оребрения труб h = 0-14,6 мм. По габаритным и металлоемкостным критериям определена эффективная высота оребрения трубы (h = 8 мм) для однорядного горизонтального пучка.

The experimental study of the heat flow intensity of a single-row horizontal air-cooled tubular bundle of heat exchanger with spiral aluminum rolling fins at low Reynolds numbers (Re < 2000) is performed. The geometrical dimensions of the bimetallic finned tubes of the bundle, the following: the outer diameter of the fins d = 56.0 mm; the diameter of the tube at the base d0 = 26.8 mm; fin height h = 14.6 mm; pitch of fins s = 2.5 mm; the average fin thickness Δ = 0.5 mm; the coefficient of finned tubes φ = 19.3; heat transfer length l = 300 mm. The outer diameter of the load-bearing steel tube dн  = 25 mm; wall thickness d = 2 mm. The research was carried out by the method of full thermal modeling at a specially designed experimental stand with electric heating of tubes and an exhaust shaft installed above the bundle. The air flow rate through the bundle was regulated by changing the height and cross-sectional area of the exhaust shaft. Calibration experiments were carried out and confirmed the reliability of the data obtained. Then the fins were sanded so to form new types of tubes, which were arranged in a single-row six-tube bundle with a constant relative cross-step σ1 = S1/d = 1.14 = const, and the thermal studies were repeated. As a result, a generalized criterion equation for heat transfer of a finned horizontal single-row bundle at small Reynolds numbers for various heights of the tube finning h = 0-14.6 mm was obtained. The effective height of the tube finning (h = 8 mm) for a single-row horizontal bundle was determined by dimensional and metal-intensive criteria.

биметаллическая ребристая трубаоднорядный трубчатый теплообменникгабаритные и металлоемкостные характеристикивытяжная шахтамалые числа Рейнольдсачисло Нуссельтакритериальное уравнение теплоотдачиbimetallic finned tubesingle-row tube heat exchangerdimensional and metalintensive characteristicsexhaust shaftlow Reynolds numbersNusselts numberthe criteria equation of a heat transferРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант Т21РМ-019).ReferencesМаксимов, Г. А. Отопление и вентиляция / Г. А. Максимов. М.: Стройиздат, 1949. Ч. 2. 258 с.Мaksimov G. A. (1949) Heating and Ventilation. Part 2. Moscow, Stroyizdat 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, Stroyizdat 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 Facilities 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 // Изв. вузов. Лесной журнал. 2002. № 2. С. 116−119.Kuntysh V. B., Pozdnyakova A. V., Melekhov V. I. (2002) Heat Transfer by Natural Convection of a Single Row of Vertical Finned Pipes of Heaters of Timber Drying Chambers. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Lesnoi Zhurnal = Lesnoi Zhurnal (Russian Forestry Journal), (2), 116−119 (in Russian).Зорин, В. М. Атомные электростанции / В. М. Зорин. М.: ИД МЭИ, 2012. 627 с.Zorin V. M. (2012) Nuclear Power Plants. Moscow, Publishing House MPEI. 627 (in Russian).Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения / под общ. ред. В. Б. Кунтыша, А. Н. Бессонного. СПб.: Недра, 1996. 512 с.Bessonnyi A. N., Dreitser G. A., Kuntysh V. B., Evenko V. I., Vasil’ev Yu. N., Piir A. E., Krektunov O. P., Slukhin V. I. (1996) Fundamentals of Calculation and Design of Air Cooling Heat Exchangers. St. Petersburg, Nedra Publ. 512 (in Russian).Brigs, E. D. Convection Heat Transfer and Pressure Drop of Air Flowing Across Triangular Pitch Banks of Finned Tubes / E. D. Brigs, E. H. Young // Chem. Eng. Prog. Symp. Ser. 1963. Vol. 89, No 41. P. 1–10.Brigs E. D., Young E. H. (1963) Convection Heat Transfer and Pressure Drop of Air Flowing Across Triangular Pitch Banks of Finned Tubes. Chemical Engineering Progress Symposium Series, 89 (41), 1–10.Кунтыш, В. Б. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление пучков с ленточным оребрением для аппаратов воздушного охлаждения / В. Б. Кунтыш // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2000. № 7. С. 11–15.Kuntysh V. B. (2000) Heat Transfer and Aerodynamic Resistance of Tube Bundles with Strip Fins for Air Coolers. Chemical and Petroleum Engineering, 36 (7), 407–413. https://doi.org/10.1007/bf02463607.Кунтыш, В. Б. Исследование теплоотдачи и сопротивления шахматных пучков воздухоохлаждаемых теплообменников из труб с накатными ребрами различной высоты / В. Б. Кунтыш, А. Б. Сухоцкий, А. Э. Пиир // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2010. № 12. С. 3–7.Kuntysh V. B., Sukhotskii A. B., Piir A. E. (2011) Heat Transfer and Resistance of Staggered Banks of Air-Cooled Heat Exchangers Formed from Tubes with Rolled Aluminum Fins of Various Height. Chemical and Petroleum Engineering, 46 (11–12), 713–721. https://doi.org/10.1007/s10556-011-9407-0.Васильев, Ю. Н. Системы охлаждения компрессорных и нефтеперекачивающих станций / Ю. Н. Васильев, Г. А. Марголин. М.: Недра, 1977. 222 с.Vasiliev Yu. N., Margolin G. A. (1977) Cooling Systems of Compressor and Oil Pumping Plants. Moscow, Nedra Publ. 222 (in Russian).Эксплуатация систем воздушно-водяного охлаждения в режиме естественной конвекции / Ю. Н. Васильев [и др.] // Газовая промышленность. 1972. № 6. C. 23–25.Vasiliev Yu. N., Zolotarevskii B. C., Margolin G. A., Kryukov N. P. (1972) Operation of Air-Water Cooling Systems in the Natural Convection Mode. Cazovaya Promyshlennost’ = Gas Industry, (6), 23–25 (in Russian).Теплообмен и сопротивление оребренных труб при низких числах Рейнольдса / Ю. А. Кош-маров [и др.] // Тематический сб. науч. тр. института / Московский авиационный институт им. С. Орджоникидзе. М., 1978. № 463. С. 33–37.Koshmarov Yu. A., Svirishchevskii S. B., Inozemtseva E. H. (1978) Heat Transfer and Resistance of Finned Pipes at Low Reynolds Numbers. Tematicheskii Sb. Nauch. Tr. Instituta. Moskovskii Aviatsionnyi Institut imeni Sergo Ordzhonikidze [Thematic Collection of Scientific Works of the Institute. Moscow Aviation Institute Named after Sergo Ordzhonikidze]. Moscow, (463), 33–37 (in Russian).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. Самыслов // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сб. науч. тр. Архангельск, 1998. Вып. 4. С. 139−149.Kuntysh V. B., Samorodov A. V., Samylsov A. I. (1998) Experimental Facility and Method for Studying the Heat Transfer of Bundles of Finned Pipes under 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 Papers]. Arkhangelsk, (4), 139−149 (in Russian).Сухоцкий, А. Б. Экспериментальное исследование и обобщение данных по интенсифицированной конвективной теплоотдаче однорядных пучков ребристых труб в потоке воздуха / А. Б. Сухоцкий, Г. С. Маршалова // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61. № 6. С. 552–563. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-6552-563.Sukhotskii A. B., Маrshаlоvа G. S. (2018) Intensified Convection Heat Transfer of Single-Row Bunch of Finned Tubes in an Air Stream: Experimental Study and Generalization of the Obtained Data. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 61 (6), 552–563 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-6-552-563.Сухоцкий, А. Б. Особенности расчета лучистой составляющей теплового потока горизонтального пучка из оребренных труб с вытяжной шахтой / А. Б. Сухоцкий, Г. С. Маршалова, Е. С. Данильчик // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63. № 4. С. 380–388. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-4-380-388.Sukhotski A. B., Marshalova G. S., Danil’chik Е. S. (2020) Specific Features of Calculating the Radiant Component of the Heat Flow of Horizontal Bunch from Finned Tubes with Exhaust Shaft. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 63 (4), 380–388. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-4-380-388 (in Russian).Самородов, А. В. Совершенствование методики теплового расчета и проектирования аппаратов воздушного охлаждения с шахматными оребренными пучками / А. В. Самородов. Архангельск, 1999. 176 с.Samorodov A. V. (1999) Improving the Method of Thermal Calculation and Design of Air Cooling Devices with Staggered Finned Bundles. Arkhangelsk. 176 (in Russian).Данильчик, Е. С. Экспериментальные исследования теплоотдачи одиночной биметаллической ребристой трубы с различной высотой оребрения к воздуху в режиме свободной конвекции // Тепло- и массоперенос – 2019: сб. науч. тр. Минск: Ин-т тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, 2020. С. 42–52.Danil’chik E. S. (2020) Experimental Studies of the Heat Transfer of a Single Bimetallic Finned Pipe with Different Fin Heights to the Air in the Free Convection Mode. Teplo- i Massoperenos – 2019: Sb. Nauch. Tr. [Heat and Mass Transfer – 2019. Collection of Scientific Papers]. Minsk, A.V. Lykov Institute of Heat and Mass Transfer of the National Academy of Sciences of Belarus, 42–52 (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. 2018. № 1. С. 85−93.Sidorik G. S. (2018) The Experimental Stand for a Research of Thermal and Aerodynamic Processes of Mixed Convection Heat Exchange of Round-Funed Pipes and Bundches. Trudy BGTU. Seriya 1. Lesnoe Khozyaistvo, Prirodopol’zovanie i Pererabotka Vozobnovlyaemykh Resursov = Proceedings of BSTU. Forestry. Environmental Management. Reprocessing of Renewable Resources, (1), 85–93 (in Russian).Сухоцкий, А. Б. Исследование свободноконвективного теплообмена оребренной трубы и однорядного пучка при различных углах наклона труб к горизонтальной плоскости / А. Б. Сухоцкий, Е. С. Данильчик // Труды БГТУ. Сер. 1. Лесное хозяйство, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов. 2019. № 2. С. 272–279.Sukhotski A. B., Danil’chik E. S. (2019) Research of Free-Convective Heat Exchange Finned Tube and Single-Range Bunch at Different Angles of Tubes Towards Horizontal Plane // Trudy BGTU. Seriya 1. Lesnoe Khozyaistvo, Prirodopol’zovanie i Pererabotka Vozobnovlyaemykh Resursov = Proceedings of BSTU. Forestry. Environmental Management. Reprocessing of Renewable Resources, (2), 272–272 (in Russian).Кунтыш, В. Б. Влияние параметров и компановки диффузора-конфузора АВО на свободно-конвективный теплообмен шахматного пучка / В. Б. Кунтыш, А. В. Самородов, А. Н. Бессонный // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2001. № 4. С. 20–22.Kuntysh V. B., Samorodov A. V., Bessonnyi A. N. (2001) Effects of Diffuser and Nozzle Parameters on Free-Convection Heat Transfer in a Chessboard Bundle. Chemical and Petroleum Engineering, (3–4), 222–226. https://doi.org/10.1023/a:1017654620169.Жукаускас, А. Теплоотдача поперечно обтекаемых пучков труб / А. Жукаускас, Р. Улинскас; под ред. А. А. Жукаускаса. Вильнюс: Мокслас, 1986. 202 с.Žukauskas A., Ulinskas R. (1986) Heat Transfer of Transversely Streamlined Bundles of Pipes. Vilnius, Mokslas Publ. 202 (in Russian).Unger, S. Numerical Analysis of Heat Exchanger Designs for Passive Spent Fuel Pool Cooling to Ambient Air / S. Unger, E. Krepper, U. Hampel // Nuclear Engineering and Design. 2018. Vol. 333. P. 224–234. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2018.04.011.Unger S., Krepper E., Hampel U. (2018) Numerical Analysis of Heat Exchanger Designs for Passive Spent Fuel Pool Cooling to Ambient Air. Nuclear Engineering and Design, 333, 224–234. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2018.04.011.

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