ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ОДНОРЯДНОГО ПУЧКА ИЗ ОРЕБРЕННЫХ ТРУБ ПРИ СМЕШАННОЙ КОНВЕКЦИИ ВОЗДУХА

Представлены методика и результаты экспериментального исследования теплоотдачи однорядного пучка, состоящего из биметаллических труб со спирально накатными ребрами, при естественной и смешанной конвекции воздуха. Смешанная конвекция, представляющая собой теплообмен, когда вклад свободной и вынужденной конвекции сопоставим, была организована с помощью вытяжной шахты, установленной над теплообменным пучком, а вынужденное движение воздуха создавали за счет разности его плотностей в шахте и окружающей среде. Получены экспериментальные зависимости теплоотдачи оребренных однорядных пучков в выбранных диапазонах чисел Грасгофа и Рейнольдса. Показано, что теплоотдача при смешанной конвекции в 2,5−3 раза выше, чем при свободной, а интенсивность роста теплоотдачи при увеличении числа Рейнольдса больше, чем при вынужденной конвекции. Проанализированы различные формы представления результатов экспериментов и определено, что число Нуссельта имеет единую степенную зависимость от числа Рейнольдса при любой высоте вытяжной шахты. Установлена линейная зависимость числа Рейнольдса от квадратного корня из числа Грасгофа и определены коэффициенты пропорциональности для различных высот шахты. Отмечено, что характер движения частиц воздуха в пучке при свободной конвекции идентичен движению частиц при вынужденной конвекции при малых числах Рейнольдса, т. е. свободно-конвективный поток при возникновении дополнительных движущих сил плавно перетекает в вынужденно-конвективный без характерных провалов или скачков. 

1. Кунтыш, В. Б. Примеры расчетов нестандартизированных эффективных теплообменников / В. Б. Кунтыш, А. Н. Бессонный. СПб: Недра, 2000. 300 с.

2. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения: справочник / под общ. ред. В. Б. Кунтыша, А. Н. Бессонного. СПб: Недра, 1996. 512 с.

3. Аппарат воздушного охлаждения: пат. 9446 Респ. Беларусь, МПК 7 F 24 F 3/00, F 28 D 1/00 / В. Б. Кунтыш, А. Б. Сухоцкий, А. Ш. Миннигалеев, В. П. Мулин; дата публ. 30.08.2013.

4. Кунтыш, В. Б. Инженерный метод теплового расчета аппарата воздушного охлаждения в режиме свободно-конвективного теплообмена / В. Б. Кунтыш, А. Б. Сухоцкий, А. В. Самородов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2013. № 12. С. 3–6.

5. Короленко, Ю. А. Теплоотдача от горизонтального пучка труб к воздуху в условиях свободной конвекции / Ю. А. Короленко // Изв. Томского ордена Труд. Красн. Знамени политех. ин-та имени С. М. Кирова. 1962. № 110. С. 26−33.

6. Мачулин, В. И. Теплообмен вертикального ряда труб при естественной конвекции воздуха / В. И. Мачулин // Холодильная техника. 1976. № 7. С. 24−25.

7. 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.

8. Кунтыш, В. Б. Исследование теплоотдачи однорядных пучков из оребренных труб при совместном действии свободной и вынужденной конвекции воздуха / В. Б. Кунтыш, А. И. Самылов // Изв. вузов. Энергетика. 1999. № 4. С. 59−68.

9. Джалурия, Й. Естественная конвекция: теплои массообмен / Й. Джалурия, пер. с англ. С. Л. Вишневецкого; под ред. В. И. Полежаева. М.: Мир, 1983. 399 с.

10. Свободноконвективные течения, теплои массообмен: в 2 кн. / Б. Гебхарт [и др.]; пер. с англ. М.: Мир, 1991. Кн. 1. 678 с.

11. Гусев, С. Е. Свободно-конвективный теплообмен при внешнем обтекании тел / С. Е. Гусев, Г. Г. Шкловер. М.: Энергоатомиздат, 1992. 160 с.

12. Новожилова, А. В. К расчету теплообмена коридорных пучков из биметаллических ребристых труб при различных углах наклона труб в режиме свободной конвекции / А. В. Новожилова, З. Г. Марьина, Е. А. Львов // Тез. докл. и сообщений XV междунар. форума по теплои массообмену, Минск, 23–26 мая 2016 г. Минск, 2016. С. 157–161.

13. Кунтыш, В. Б Перевод эксплуатации аппаратов воздушного охлаждения в энергосберегающий режим. Технические решения с расчетом экономического эффекта / В. Б. Кунтыш, А. Б. Сухоцкий, А. В. Самородов // Химическая техника. 2014. № 6 С. 20–25.

14. Мильман, О. О. Экспериментальное исследование теплообмена при естественной циркуляции воздуха в модели воздушного конденсатора с вытяжной шахтой / О. О. Мильман // Теплоэнергетика. 2005. № 5. C. 16−19.

15. Мартыненко, О. Г. Свободно-конвективный теплообмен: справочник / О. Г. Мартыненко, Ю. А. Соковишин. Минск: Наука и техника, 1982. 400 с.

16. Новожилова, А. В. Анализ методик определения теплоотдачи воздуха на оребренных поверхностях нагрева при свободной конвекции / А. В. Новожилова // Проблемы теплоэнергетики Европейского севера: сб. науч. тр. Архангельск: Северный (Арктич.) федеральный ун-т, 2010. С. 88–97.

17. 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.

18. Кунтыш, В. Б. О нетрадиционном представлении опытных данных по свободно-конвективному теплообмену / В. Б. Кунтыш, В. В. Дударев // Труды БГТУ. Сер. III. Химия и технология неорганич. веществ. 2008. Вып. XVI. С. 10–12.

19. Разработка стенда и исследование свободной конвекции одиночной оребренной трубы при различных углах наклона / А. Б. Сухоцкий [и др.] // Труды БГТУ. Сер. 1, Лесное хозяйство, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов. Минск: БГТУ, 2017. № 1 . С. 169-175

20. Самородов, А. В. Совершенствование методики теплового расчета и проектирования аппаратов воздушного охлаждения с шахматными оребренными пучками / А. В. Самородов. СПб: СПбГТУ, 1999. С. 3−22.

21. Самородов, А. В. К расчету теплообмена излучением круглоребристых труб и пучков / А. В. Самородов // Тр. лесоинж. факультета Петрозаводского гос. ун-та. 1999. Вып. 2. С. 135−142.

22. Блох, А. Г. Теплообмен излучением / А. Г. Блох, Ю. А. Журавлев, Л. Н. Рыжков. М.: Энергоатомиздат, 1974. 247 с.

23. Сидорик, Г. С. Экспериментальная установка для исследования свободноконвективного теплообмена ребристых труб воздухоохлаждаемых теплообменников / Г. С. Сидорик // Политехнический молодежный журнал МГТУ имени Н. Э. Баумана. 2016. № 2. С. 1–7.