energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTUenergy-868Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВИХРЕВОЙ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООТДАЧИ ГАЗОВОГО ПОТОКА ПРИ ПРОДОЛЬНОМ И ПОПЕРЕЧНОМ ОБТЕКАНИИ КРУГЛОТРУБНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ. Часть 1THERMAL EFFECTIVENESS OF THE GAS FLOW VORTICAL HEAT-RELEASE INTENSIFICATION AT AXIAL AND TRANSVERSAL FLOWING-AROUND THE ROUND-TUBULAR SURFACES. Part 1КунтышВ. Б.KuntyshV. B.

Доктор технических наук, профессор

Professor, PhD in Engineering

alk2905@mail.ruСухоцкийА. Б.SukhotskiyA. V.

Кандидат технических наук, доцент

Associate Professor, PhD in Engineering

alk2905@mail.ruЯцевичА. В.YatsevichA. V.

Магистр технических наук

Master of Engineering

alk2905@mail.ruБелорусский государственный технологический университетБеларусьBelarus State Technological UniversityBelarusМинский завод автоматических линий имени П. М. МашероваБеларусьMinsk Plant of Automatic Lines named after P. M. MasherovBelarus201510062015036875Copyright © Кунтыш В.Б., Сухоцкий А.Б., Яцевич А.В., 20152015Кунтыш В.Б., Сухоцкий А.Б., Яцевич А.В.Kuntysh V.B., Sukhotskiy A.V., Yatsevich A.V.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/868

Выполнено численное сравнение тепловой эффективности продольного течения однофазного потока внутри гладкой трубы с поперечным обтеканием шахматных и коридорных круглотрубных пучков в интервале Re = (3−500) × 103 при одинаковой затрате мощности N0 = idem на прокачку газового (воздушного) потока. Количественно тепловую эффективность оценивали коэффициентом, представляющим отношение коэффициента теплоотдачи исследуемой i-й поверхности к базовой k-й поверхности, принятой в качестве эталонной. Представлены формулы для расчета удельной затраты мощности N0 при продольном и поперечном обтекании трубчатой поверхности. Показан способ учета местных потерь давления потока при вычислении удельной затраты мощности. Для получения сопоставимых значений yi с целью исключения влияния площади поверхности теплообмена на результат необходимо затрату мощности вычислять по действительной величине площади поверхности.

Учет местных потерь давления потока на входе и выходе из трубы снижает коэффициент тепловой эффективности продольного течения на 33 %, и с этим фактом необходимо считаться при выполнении расчетов энергетической эффективности. Поперечное обтекание гладкотрубных пучков более эффективно по сравнению с продольным течением внутри трубы во всем интервале изменения числа Re. Тепловая эффективность шахматных пучков при N0 = idem на 10−13 % больше коридорных. В переходном интервале Re = (3−10) × 103 при N0 = idem коэффициент теплоотдачи шахматного пучка при внешнем обтекании превышает теплоотдачу при течении воздуха внутри трубы в 5−2,1 раза, а при Re = 105 – в 1,6 раза.

The authors present a numerical comparison of the thermal effectiveness of the monophasic-stream axial flowing inside a smooth pipe with transversal flow-around of staggered and in-line tube banks in interval Re = (3−500) × 103 with equal power input N0 = idem for priming gas (air) flow. Coefficient estimates the thermal effectiveness quantitatively and represents the relation of heat-emission coefficients of surface i being examined to basesurface k assumed standard. The paper offers estimation formulae for the specific power input N0 at axial and transverse flowing-around of the tubular surface and shows an accounting technique for the stream-pressure local losses. To exclude the heat-exchange surface square influence on the result and for obtaining the comparable valuesi it is indispensable to calculate the power input by the effective value of the surface square.

While performing computations of the energy effectiveness it is necessary to recon with the fact that accounting for the stream-pressure local losses at the tube entrance and exit reduces the axial-stream thermal effectiveness coefficient by 33 %. Transverse flow-around of the smooth tube banks is more efficient in comparison with the in-tube axial flow within the entire interval of numeral Re changing. The staggered banks thermal effectiveness at N0 = idem is by 10−13 % more than of the in-line ones. In transient interval Re = (3−10) × 103 at N0 = idem the staggered-bank heat-emission coefficient with outside flow-around exceeds the heat-emission with in-tube air flow by 5−2,1 times, and at Re = 105 – by 1,6 times.

коэффициент тепловой эффективностипродольное течение внутри трубыпоперечное обтекание шахматных и коридорных пучковзатраты мощностиэнергетическая эффективностьcoefficient of thermal efficiencyin-tube axial flowtransversal flow-around of staggered and in-line tube bankspower inputenergy effectivenessReferencesБузник, В. М. Интенсификация теплообмена в судовых установках / В. М. Бузник. – Л. : Судостроение, 1969. – 364 с.Buznik, V. M. (1969) Intensification of Heat Exchange in the Ship Installations. Leningrad, Sudostroenie Publ. 364 p. (in Russian).Численное моделирование вихревой интенсификации теплообмена в пакетах труб / Ю. А. Быстров [и др.]. – СПб. : Судостроение, 2005. – 390 с.Bystrov, Yu. A., Isaev, S. A., Kudryavcev, N. A. Leont’ev, A. I. (2005) Numerical Modelling of the Vortical Intensification of Heat Exchange in the Packages of Pipes. St. Petersburg, Sudostroenie Publ. 390 p. (in Russian).Халатов, А. А. Тепломассообмен и теплогидравлическая эффективность вихревых и закрученных потоков / А. А. Халатов, И. И. Борисов, С. В. Шевцов. – Киев: Ин-т техн. теплофизики НАН Украины, 2005. − 500 с.Khalatov, A. A., Borisov, I. I., Shevtsov, S. V. (2005) Heat and Mass Transfer and Thermal-Hydraulic Efficiency of Vortex and Swirling Flows. Kyiv, Institute for Engineering Thermophysics, NAS Ukraine. 500 p. (in Russian).Халатов, А. А. Вихревые технологии аэротермодинамики в энергетическом газотурбостроении / А. А. Халатов. – Киев : Ин-т техн. теплофизики НАН Украины, 2005. − 292 с.Khalatov, A. A. (2005) Aerothermodynamic Vortex Technologies in Power-Engineering Gas-Turbines Building. Kyiv, Institute for Engineering Thermophysics, NAS Ukraine. 292 p. (in Russian).Экспериментальное исследование тепловых и гидравлических характеристик теплообменных поверхностей, формованных сферическими лунками / М. Я. Беленький [и др.] // Теплофизика высоких температур. – 1991. – Т. 29, № 8. С. 11421147.Belenky, M. Ya., Gotovsky, M. A., Lekah, B. M., Fokin, B. S., Habensky, V. B. (1991) The Experimental Research of Thermal and Hydraulic Characteristics of Heat-Exchange Surfaces Formed by Spherical Lunules. Teplofizika Vysokih Temperatur [Thermal Physics of High Temperatures], 29, 8, 1142–1147 (in Russian).К вопросу выбора типа водо-водяных подогревателей для систем теплоснабжения // К. В. Пермяков [и др.] // Промышленная энергетика. – 2000. − № 4. – С. 37−44.Permyakov, V. A., Permyakov, K. V., Yakimenko, A. N., Neiburger, A. N. (2000) On Selecting the Type of Water-to-Water Heaters for Heating-Supply Systems. Promyshlennaia Energetika [Power Engineering], 4, 37–44 (in Russian).Антуфьев, В. М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева / В. М. Антуфьев. − Л. : Энергия, 1966. − 184 с.Antuf'ev, V. M. (1966) The Effectiveness of Various Forms of Convectional Heating Surfaces. Leningrad, Energia. 184 p. (in Russian).Мартыненко, О. Г. Эффективность интенсификации теплообмена в компактном кожухотрубном теплообменнике // О. Г. Мартыненко, Н. М. Горбачев, В. А. Бабенко // Тезисы докладов и сообщений XIV Минского междунар. форума по теплои массообмену 10−13 сентября 2012 г. – Минск, 2012. – Т. 2, ч. 1. – С. 99−101.Martynenko, O. G., Gorbachev, N. M., Babenko, V.A. (2012) Effectiveness of Heat-Exchange Intensification in the Compact Shell-and-Tube Heat Exchanger. XIV Minsk International Heat and Mass Transfer Forum: Abstracts of the Reports and Communication. Vol. 2, Part 1. Minsk: Heat and Mass Transfer Institute of the NAS of Belarus, 99?101 (in Russian).Исаченко, В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. − М. : Энергия, 1975. – 488 с.Isachenko, V. P., Osipova, V. A., Sukomel, A. S. (1975). Heat Transfer. Moscow, Energia. 488 p. (in Russian).Ляпин, М. Ф. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление гладкотрубных пучков при больших числах Re / М. Ф. Ляпин // Теплоэнергетика. – 1956. − № 9. – С. 49−52.Lyapin, M. F. (1956) Heat Emission and Aerodynamic Resistance of the Bare-Tube Banks at Reynolds Big Numbers. Teploenergetika [Heat Engineering], 9, 49?52 (in Russian).Жукаускас, А. А. Теплоотдача пучков труб в поперечном потоке жидкости / А. А. Жукаускас, В. И. Макарявичюс, А. А. Шланчяускас. Вильнюс : Минтис, 1968. – 192 с.Zhukauskas A. A., Makaryavichyus, V. I., Shlanchyauskas, A. A. (1968) Heat Emission of the Tube Banks in Transverse Flow of Liquid. Vilnius. Mintis. 192 p. (in Russian).

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