energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTUenergy-881Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВИХРЕВОЙ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООТДАЧИ ГАЗОВОГО ПОТОКА ПРИ ПРОДОЛЬНОМ И ПОПЕРЕЧНОМ ОБТЕКАНИИ КРУГЛОТРУБНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Часть 2THERMAL EFFECTIVENESS OF THE GAS FLOW VORTICAL HEATRELEASE INTENSIFICATION AT AXIAL AND TRANSVERSAL FLOWING-AROUND THE ROUND-TUBULAR SURFACES Part 2КунтышВ. Б.KuntyshV. B.

Доктор технических наук, профессор

Professor, PhD in Engineering

alk2905@mail.ruСухоцкийА. Б.SukhotskiyA. B.

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 университетБеларусьBelarusian State Technological UniversityBelarusМинский завод автоматических линий имени П. М. МашероваБеларусьMinsk Plant of Automatic Lines named after P. M. MasherovBelarus201503092015046374Copyright © Кунтыш В.Б., Сухоцкий А.Б., Яцевич А.В., 20152015Кунтыш В.Б., Сухоцкий А.Б., Яцевич А.В.Kuntysh V.B., Sukhotskiy A.B., 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/881

Показано, что при оценке действительной тепловой эффективности от применения вихревой интенсификации теплоотдачи необходимо учитывать увеличение теплоотдающей площади поверхности трубы соответствующими углублениями (выемками, лунками), которая в зависимости от их геометрических параметров может изменяться от 4 до 280 %, что вызывает повышение теплоотдачи с одновременным ростом ее от турбулизации пограничного слоя потока вихрями, генерируемыми лунковыми турбулизаторами. Для продольно обтекаемой трубы при нанесении выемок на наружной поверхности вихревая интенсификация увеличивает тепловую эффективность до 1,39 раза, а в случае поперечно обтекаемых потоком пучков из облуненной наружной поверхности труб не превышает 29 % при Re = 5000. С ростом числа Re до 14000 энергетический эффект ощутимо снижается до 6 %.

Тепловая эффективность вихревой интенсификации сферическими лунками на внутренней поверхности трубы при движении в ней воздуха не превышает 13 % в интервале Re = (1−2) ⋅ 104 , который характерен для воздухоподогревателей паровых котлов. Однако больший энергетический эффект (до 33 %) при продольном течении достигается от появившихся выпуклостей на внутренней поверхности трубы под сферическими углублениями на наружной поверхности. Установлено, что применение дискретной шероховатости в виде поперечных кольцевых выпуклостей (диафрагм) позволяет достичь интенсификации теплоотдачи значительно большей (до 70 %) в интервале Re = (10−100) ⋅ 103 по сравнению с гладкой трубой. Показано, что физические принципы вихревой интенсификации теплоотдачи облунением круглотрубных поверхностей отличаются от таковых при нанесении искусственной предельной шероховатости в виде усеченных пирамид на наружной поверхности трубы, обтекаемой поперечным потоком. 

The paper demonstrates the fact that in valuating the actual heat efficiency from utilizing the vortical heat-release intensification it is necessary to account for the increase of heatreleasing area of the tube with the corresponding lacunae (hollows, lunules). It may vary from 4 to 280 % as a function of their geometrical parameters which causes heat-release increasing with its simultaneous growth from vortex formation in the boundary-layer flow by the swirls generated by lunule turbulizers. For the tube of axial flow-around with hollows applied on the outer surface the vortex intensification enhances the thermal effectiveness up to 1,39 times, and in the case of the transversal flow-around tube banks with lunuled tube outer surface it does not exceed 29 % at Re = 5000. With Re number growing to 14000 the energy effect tangibly declines to 6 %.

The thermal effectiveness of the vortex intensification with spherical lunules on the tube inside surface and the air moving inside does not exceed 13 % in the interval Re = (1−2) ⋅ 104 , which is distinctive for air the preheaters of steam-boilers. However, a greater energy effect (up to 33 %) for the axial flowing is attained from emerging saliences on the tube inside surface beneath the spherical lacunae on the outside. The authors establish that employing discrete roughness in the form of transverse circular saliences (diaphragms) allows attaining much greater heat-emission intensification (up to 70 %) in the interval of Re = (10−100) ⋅ 103 as compared to the smooth tube. The paper shows that physical principles of the heat-emission vortex intensification by way of lunuling the round tubular surfaces differentiate from those applying artificial limited roughness in the form of pyramid frusta on the tube outside surfaces flowed around by the transverse flow. 

вихревая интенсификация теплоотдачикоэффициент тепловой эффективностипоперечное обтеканиесферические и полусферические лункицилиндрические и конические углубленияvortical intensification of heat releasecoefficient of thermal effectivenesstransversal flow-aroundspherical and hemispherical lunulescylindric and conical lacunaeReferencesЧисленное 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 a Vortical Intensification of Heat Exchange in Packages of Pipes. Saint Petersburg, Sudostroenie. 390 p. (in Russian).Халатов, А. А. Теплообмен и гидродинамика около поверхностных углублений (лунок) / А. А. Халатов. – Киев: Ин-т техн. теплофизики НАН Украины, 2005. − 140 с.Khalatov, A. A. (2005) Heat Exchange and Hydrodynamics ?bout Superficial Cavities. Kyiv, Institute for Engineering Teplophysics, National Academy of Sciences of Ukraine. 140 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 Украины, 2005. − 500 с.Khalatov, A. A., Borisov, I. I., Shevtsov, S. V. (2005) Heat and Mass Transfer and Thermal-Hydraulic Perfomance of the Vortex and Swirling Flows. Kyiv, Institute for Engineering Thermophysics, National Academy of Sciences of Ukraine. 500 p. (in Russian).Халатов, А. А. Вихревые технологии аэротермодинамики в энергетическом газотурбостроении / А. А. Халатов. – Киев: Ин-т технич. теплофизики НАН Украины, 2005. − 292 с.Khalatov, A. A. (2005) Aero-Thermal Vortex Technologies for Power Engineering Gas Turbines. Kyiv: Institute for Engineering Thermophysics, National Academy of Sciences of Ukraine. 292 p. (in Russian).Афанасьев, В. Н. Процессы теплоотдачи при обтекании регулярных сферических вогнутостей турбулентным потоком / В. Н. Афанасьев, П. С. Рогатов, Я. П. Чудновский // Инженерно-физический журнал. – 1993. – Т. 63, № 1. – С. 23−27.Afanas’ev, V. N., Rogatov, P. S., Chudnovsky, Ya. P. (1993) Heat Release Processes During a Turbulent Stream Flow-Around Over the Regular Spherical Incurvities. InzhenernoFizicheskii Zhurnal [Journal of Engineering and Physics], 63 (1), 23–27 (in Russian).Козлов, А. П. Гидродинамические эффекты от сферических углублений на поверхности поперечно обтекаемого цилиндра // А. П. Козлов, А. В. Щукин, Р. С. Агачев // Известия вузов. Авиационная техника. – 1994. − № 2. – С. 27−34.Kozlov, A. P., Schukin, A. V., Agachev, R. S. (1994) Hydrodynamic Effects of Surface Spherical Cavities of the Transverse Streamlined Cylinder. Izvestiia Vussov. Aviacionaia Tekhnika [News of Higher Schools. Aeronautical Engineering], 2, 27?34 (in Russian).Кунтыш, В. Б. Тепловая эффективность вихревой интенсификации теплоотдачи газового потока при продольном и поперечном обтекании круглотрубных поверхностей. Часть 1 / В. Б. Кунтыш, А. Б. Сухоцкий, А. В. Яцевич // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). – 2015. − № 3. – С. 68–75.Kuntysh, V. B., Suhotsky, A. B., Yatsevich, A. V. (2015) Thermal Effectiveness of the Gas Flow Vortical Heat Intensification at Axial and Transversal Flowing-Around the RoundTubular Surfaces. Part 1. Izvestiia Vyssshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii – Energetika [Proceedings of the Higher Education Institutions and Power Engineering Associations – Power Engineering], 3, 68–75 (in Russian).Кубанский, П. Н. Поведение резонансной системы в потоке / П. Н. Кубанский // Журнал технической физики. – 1957. – Т. 27, № 1. – С. 180−188.Kubansky, P. N. (1957) Parameters of a Resonant System in the Stream. Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki [Journal of Technical Physics], 27 (1), 180?188 (in Russian).Шрадер, И. Л. Интенсифицированные трубчатые воздухоподогреватели / И. Л. Шрадер, А. А. Дашчян, М. А. Готовский // Теплоэнергетика. – 1999. − № 9. – С. 54−56.Shrader, I. L., Dashchyan, A. A., Gotovsky, M. A. (1999) Intensified Tubular Air Heaters. Teploenergetika [Heat Engineering], 9, 54?56 (in Russian).Исследование теплогидравлических характеристик кожухотрубного подогревателя с интенсификацией теплообмена путем использования теплообменных трубок с лунками / Е. Ф. Балунов [и др.] // Теплоэнергетика. − 2008. − № 1. − С. 56−60.Balunov, E. F., Gotovsky, M. A., Permyakov, V. A., Permyakov, K. V., Shcheglov, A. A., Il’in V. A., Saykova, E. N., Sal’nikov, V. V. (2008) Research of Heat and Hydraulic Characteristics of a Shell-and-Tube Reheater with Intensification of Heat Exchange by Employment of the Heat Exchange Tubes with Lunules. Teploenergetika [Heat engineering], 1, 56?60 (in Russian).Эффективные поверхности теплообмена / Э. К. Калинин [и др.]. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 407 с.Kalinin, E. K., Drejtser, G. A., Kopp, I. Z., Miakochin, A. S. (1998) Effective HeatExchange Surfaces. Moscow, Energoatomizdat. 407 p. (in Russian).Теплогидравлические характеристики поперечно обтекаемых поверхностей с лунками / М. Я. Беленький [и др.] // Теплоэнергетика. − 1995. − № 1. − С. 49−51.Belenky, M. Ya., Gotovsky, M. A., Lekah, B. M., Fokin, B. S. (1995) Heat and Hydraulic Characteristics of the Transverse-Streamlined Surfaces with Lunules. Teploenergetika [Heat Engineering], 1, 49?51 (in Russian).Пучков, П. И. Влияние шероховатости на теплоотдачу пучков труб в поперечном потоке / П. И. Пучков // Котлотурбостроение. – 1948. − № 4. – С. 5–6.Puchkov, P. I. (1948) Roughness Effect on the Pipes Bunches heat Exchange in Crosscurrent. Kotloturbostroenie [Boiler and Turbines Building], 4, 5?6 (in Russian).

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