Экспериментальное исследование и обобщение данных по интенсифицированной конвективной теплоотдаче однорядных пучков ребристых труб в потоке воздуха

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.

1. Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха / В. М. Гусев [и др.]; под общ. ред. В. М. Гусева. Л.: Стройиздат, 1981. 343 с.

2. Максимов, Г. А. Отопление и вентиляция / Г. А. Максимов. М.: Стройиздат, 1949. Ч. 2. 258 с.

3. Богословский, В. Н. Отопление / В. Н. Богословский, А. Н. Сканави; под. ред. В. Н. Богословского. М.: Стройиздат, 1991. 735 с.

4. Соколов, П. В. Проектирование сушильных и нагревательных установок для древесины / П. В. Соколов. М.: Лесная промышленность, 1965. 322 с.

5. 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.

6. Зорин, В. М. Атомные электростанции / В. М. Зорин. М.: Издательский дом МЭИ, 2012. 627 с.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. Джалурия, Й. Естественная конвекция: тепло- и массообмен / Й. Джалурия; пер. с англ. М.: Мир, 1983. 400 с.

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

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. Самородов, А. В. Совершенствование методики теплового расчета и проектирования аппаратов воздушного охлаждения с шахматными оребренными пучками / А. В. Самородов. Архангельск, 1999. 172 с.

25. 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.

26. Примеры расчетов нестандартизованных эффективных теплообменников / В. Б. Кунтыш [и др.] ; под. ред. В. Б. Кунтыша и А. Н. Бессонного. СПб.: Недра, 2000. 300 с.