Конвективная теплоотдача однорядных пучков из труб с накатными алюминиевыми ребрами различной высоты при малых числах Рейнольдса

Проведено экспериментальное исследование интенсивности теплового потока одно-рядного горизонтального воздухоохлаждаемого трубчатого пучка теплообменника со спиральными алюминиевыми накатными ребрами при малых числах Рейнольдса (Re < 2000). Геометрические размеры биметаллических оребренных труб пучка следующие: наружный диаметр оребрения d = 56,0 мм; диаметр трубы по основанию d₀ = 26,8 мм; высота ребра h = 14,6 мм; шаг ребра s = 2,5 мм; средняя толщина ребра Δ = 0,5 мм; коэффициент оребрения трубы φ = 19,3; теплоотдающая длина l = 300 мм. Наружный диаметр несущей стальной трубы d_н = 25 мм; толщина стенки d = 2 мм. Исследования проводились методом полного теплового моделирования на специально разработанном экспериментальном стенде с электрообогревом труб и установленной над пучком вытяжной шахтой. Расход воздушного потока через пучок регулировался путем изменения высоты и площади сечения вытяжной шахты. Проведены тарировочные эксперименты, подтверждающие достоверность полученных данных. Затем ребра стачивались шлифованием с образованием новых типов труб, которые компоновались в однорядный шеститрубный пучок с постоянным относительным поперечным шагом σ₁ = S₁/d = 1,14 = const, а тепловые исследования проводились повторно. В результате получено обобщенное критериальное уравнение теплоотдачи  оребренного горизонтального однорядного пучка при малых числах Рейнольдса для различных высот оребрения труб h = 0-14,6 мм. По габаритным и металлоемкостным критериям определена эффективная высота оребрения трубы (h = 8 мм) для однорядного горизонтального пучка.

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

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

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

4. 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.

5. Зорин, В. М. Атомные электростанции / В. М. Зорин. М.: ИД МЭИ, 2012. 627 с.

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

7. Brigs, E. D. Convection Heat Transfer and Pressure Drop of Air Flowing Across Triangular Pitch Banks of Finned Tubes / E. D. Brigs, E. H. Young // Chem. Eng. Prog. Symp. Ser. 1963. Vol. 89, No 41. P. 1–10.

8. Кунтыш, В. Б. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление пучков с ленточным оребрением для аппаратов воздушного охлаждения / В. Б. Кунтыш // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2000. № 7. С. 11–15.

9. Кунтыш, В. Б. Исследование теплоотдачи и сопротивления шахматных пучков воздухоохлаждаемых теплообменников из труб с накатными ребрами различной высоты / В. Б. Кунтыш, А. Б. Сухоцкий, А. Э. Пиир // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2010. № 12. С. 3–7.

10. Васильев, Ю. Н. Системы охлаждения компрессорных и нефтеперекачивающих станций / Ю. Н. Васильев, Г. А. Марголин. М.: Недра, 1977. 222 с.

11. Эксплуатация систем воздушно-водяного охлаждения в режиме естественной конвекции / Ю. Н. Васильев [и др.] // Газовая промышленность. 1972. № 6. C. 23–25.

12. Теплообмен и сопротивление оребренных труб при низких числах Рейнольдса / Ю. А. Кош-маров [и др.] // Тематический сб. науч. тр. института / Московский авиационный институт им. С. Орджоникидзе. М., 1978. № 463. С. 33–37.

13. 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. Самыслов // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сб. науч. тр. Архангельск, 1998. Вып. 4. С. 139−149.

14. Сухоцкий, А. Б. Экспериментальное исследование и обобщение данных по интенсифицированной конвективной теплоотдаче однорядных пучков ребристых труб в потоке воздуха / А. Б. Сухоцкий, Г. С. Маршалова // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61. № 6. С. 552–563. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-6552-563.

15. Сухоцкий, А. Б. Особенности расчета лучистой составляющей теплового потока горизонтального пучка из оребренных труб с вытяжной шахтой / А. Б. Сухоцкий, Г. С. Маршалова, Е. С. Данильчик // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63. № 4. С. 380–388. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-4-380-388.

16. Самородов, А. В. Совершенствование методики теплового расчета и проектирования аппаратов воздушного охлаждения с шахматными оребренными пучками / А. В. Самородов. Архангельск, 1999. 176 с.

17. Данильчик, Е. С. Экспериментальные исследования теплоотдачи одиночной биметаллической ребристой трубы с различной высотой оребрения к воздуху в режиме свободной конвекции // Тепло- и массоперенос – 2019: сб. науч. тр. Минск: Ин-т тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, 2020. С. 42–52.

18. 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. 2018. № 1. С. 85−93.

19. Сухоцкий, А. Б. Исследование свободноконвективного теплообмена оребренной трубы и однорядного пучка при различных углах наклона труб к горизонтальной плоскости / А. Б. Сухоцкий, Е. С. Данильчик // Труды БГТУ. Сер. 1. Лесное хозяйство, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов. 2019. № 2. С. 272–279.

20. Кунтыш, В. Б. Влияние параметров и компановки диффузора-конфузора АВО на свободно-конвективный теплообмен шахматного пучка / В. Б. Кунтыш, А. В. Самородов, А. Н. Бессонный // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2001. № 4. С. 20–22.

21. Жукаускас, А. Теплоотдача поперечно обтекаемых пучков труб / А. Жукаускас, Р. Улинскас; под ред. А. А. Жукаускаса. Вильнюс: Мокслас, 1986. 202 с.

22. Unger, S. Numerical Analysis of Heat Exchanger Designs for Passive Spent Fuel Pool Cooling to Ambient Air / S. Unger, E. Krepper, U. Hampel // Nuclear Engineering and Design. 2018. Vol. 333. P. 224–234. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2018.04.011.