Теплоаэродинамические исследования шахматных пучков для выбора эффективного шага круглоребристых труб
https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-3-264-279
Аннотация
Приведены результаты экспериментального исследования локальным моделированием конвективного теплообмена и аэродинамического сопротивления шахматных шестирядных пучков из биметаллических труб со спиральными накатными алюминиевыми ребрами при поперечном обтекании воздухом в диапазоне изменения его скорости в сжатом сечении пучка 1,9−11,0 м/с. Скоростной диапазон охватывает возможные режимы эксплуатации промышленных аппаратов воздушного охлаждения. Ребра диаметром приблизительно 57 мм накатаны на стальной несущей трубе наружным диаметром 25 мм. Коэффициент оребрения трубы j = 19,26. Такие трубы широко применяются в теплообменных секциях аппаратов воздушного охлаждения природного газа, в частности в ООО «Грибановский машиностроительный завод» (Россия). Для измерения коэффициентов теплоотдачи использован разработанный авторами электрокалориметр с подводимой мощностью 600–1300 Вт.
Температура поверхности стенки у основания ребер не выходила за интервал 77–92 оС. Поперечный шаг труб в пучках S1 = 64,0; 68,0 мм, а продольный S2 = 54,4 или 50,0 мм. Проведено измерение теплоотдачи каждого поперечного ряда шестирядных пучков, а также средней теплоотдачи и аэродинамического сопротивления, которые обобщены уравнением подобия степенного вида. Теплоотдача последнего поперечного ряда по направлению движения воздуха на 0−5 % меньше теплоотдачи стабилизированных рядов, и здесь обнаружены новые особенности изменения теплоотдачи в недостаточно изученной области изменения шагов S1 и S2. Измерено термическое контактное сопротивление (ТКС) в диапазоне средней температуры контактных поверхностей tк = (79–95) оС и не выявлено зависимости значения ТКС от tк для указанного интервала. Численное среднее значение ТКС: Rк = 2,13 × 10–4 м2× К/Вт; оно характерно для надежного механического соединения оребренной алюминиевой оболочки с несущей стальной трубой из углеродистой стали. Вариантными теплоаэродинамическими расчетами с использованием полученных данных установлена технико-экономическая целесообразность размещения труб в вершинах равнобедренного треугольника с шагами: S1 = 68−69 мм; S2 = 55 мм, с отказом от применения расположения труб по равностороннему треугольнику с S1 = S2′ = 64 мм (где S2′ – диагональный шаг). При Q = idem и прочих равных условиях количество труб на аппаратах воздушного охлаждения уменьшается на 5,7 % с понижением электропотребления до 4,0 %.
Об авторах
В. Б. КунтышБеларусь
А. Б. Сухоцкий
Беларусь
Адрес для переписки: Сухоцкий Альберт Борисович – Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск, Республика Беларусь. Тел.: +375 17 327-87-30 alk2905@mail.ru
Г. С. Маршалова
Беларусь
В. В. Дударев
Беларусь
В. Н. Фарафонтов
Беларусь
Список литературы
1. Шмеркович, В. М. Применение АВО при проектировании нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов / В. М. Шмеркович. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1971. 112 с.
2. Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа / под. ред. Б. Н. Бондаренко. М.: Химия, 1983. 128 с.
3. Воздушные конденсаторы для паротурбинных установок малой и средней мощности / О. О. Мильман [и др.] // Теплоэнергетика. 1998. № 1. С. 35−39.
4. Кунтыш, В. Б. Тепловой и аэродинамический расчеты оребренных теплообменников воздушного охлаждения / В. Б. Кунтыш, Н. М. Кузнецов. СПб.: Энергоатомиздат, 1992. 280 с.
5. Разработка и модернизация вентиляторных блоков аппаратов воздушного охлаждения / В. А. Маланичев [и др.] // Химическая техника. 2004. № 2. С. 12−27.
6. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения / под общ. ред. В. Б. Кунтыша, А. Н. Бессонного. СПб.: Недра, 1996. 512 с.
7. Легкий, В. М. Влияние шаговых соотношений на теплоотдачу и аэродинамическое сопротивление шахматных поперечно омываемых пучков труб с внешним спирально-ленточным оребрением / В. М. Легкий, Ю. К. Тупицын, Е. Н. Письменный // Теплообмен в энергетических установках : сборник. Киев: Наукова думка, 1978. С. 78−82.
8. Юдин, В. Ф. Теплообмен поперечнооребренных труб / В. Ф. Юдин. Л.: Машиностроение, 1982. 189 с.
9. Жукаускас, А. А. Конвективный перенос в теплообменниках / А. А. Жукаускас. М.: Наука, 1982. 472 с.
10. Письменный, Е. Н. Теплообмен и аэродинамика пакетов поперечно-оребренных труб / Е. Н. Письменный. Киев: Альтерпресс, 2004. 244 с.
11. Wierman, C. Correlation Ease the Selection of Finned Tubes / C. Wierman // Oil and Gas. 1976. Vol. 74, No 36. P. 94−100.
12. Пиир, А. Э. Исследование и разработка энерго- и материалосберегающих конструкций воздухонагревателей / А. Э. Пиир. Архангельск, 1999. 40 с.
13. Результаты исследования тепловых характеристик воздухонагревателя из биметаллических ребристых труб / В. Б. Кунтыш [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2014. № 1. С. 48−56.
14. Lapin, А. Heat Transfer Coefficcient for Finned Exchangers / A. Lapin, W. F. Schurig // Industrial & Engineering Chemistry. 1959. Vol. 51, No 8. P. 941−944. https://doi.org/10.1021/ie50596a038
15. Исследование теплоотдачи по рядам шахматных пучков из алюминиевых трубок со спирально-накатным оребрением / Н. В. Зозуля [и др.] // Химическая промышленность Украины. 1965. № 5. С. 29−31.
16. Кунтыш, В. Б. Экспериментальное исследование местных коэффициентов теплоотдачи труб со спиральными ребрами в поперечно обтекаемых ребристых пучках / В. Б. Кунтыш, Ф. М. Иохведов // Известия вузов. Энергетика. 1977. № 1. С. 105−110.
17. Кунтыш, В. Б. Влияние числа рядов и компоновки поперечно обтекаемого ребристого пучка на местную теплоотдачу последних рядов / В. Б. Кунтыш, Ф. М. Иохведов // Известия вузов. Энергетика. 1979. № 3. С. 58−59.
18. Кунтыш, В. Б. Исследование контактного термического сопротивления биметаллических оребренных труб АВО / В. Б. Кунтыш, А. Э. Пиир, Л. М. Федотова // Известия вузов. Лесной журнал. 1980. № 5. С. 121−126.
19. Руденко, А. И. Исследование контактного термического сопротивления в биметаллических трубах со спирально-накатным оребрением / А. И. Руденко, А. П. Нищик // Промышленная теплотехника. 2009. Т. 31, № 5. С. 15−19.
20. Аппараты воздушного охлаждения. Общие технические требования: ГОСТ Р 51364–99. Москва: Издательство стандартов, 2000. 66 с.
21. Примеры расчетов нестандартизированных эффективных теплообменников / В. Б. Кунтыш [и др.]. СПб.: Недра, 2000. 300 с.
Рецензия
Для цитирования:
Кунтыш В.Б., Сухоцкий А.Б., Маршалова Г.С., Дударев В.В., Фарафонтов В.Н. Теплоаэродинамические исследования шахматных пучков для выбора эффективного шага круглоребристых труб. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2019;62(3):264-279. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-3-264-279
For citation:
Kuntysh V.B., Sukhotskii A.B., Marshalova G.S., Dudarev V.V., Farafontov V.N. Thermal and Aerodynamic Researches of Staggered Bundles for Choice of an Effective Spacing of Round-Finned Tubes. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2019;62(3):264-279. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-3-264-279