ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Результаты численных исследований и анализ возникающих эффектов в каналах с винтовыми интенсификаторами теплообмена из "Мазутные хозяйства ТЭС " Трубы и каналы с винтовым оребрением. [c.554] При расчетах процессов теплообмена в коаксиальном канале с винтовым оребрением его размеры принимались идентичными тем, которые использовались при экспериментальном исследовании (см. гл.12). Рассмотрим результаты расчетов теплообмена в коаксиальном канале с винтовым оребрением кольцевого зазора для случая тепловых граничных условий первого рода. [c.554] На рис. 13.5—13.7 представлены расчетные безразмерные профили составляющих вектора скорости в кольцевом при = = (Д +/ 2)/2 и радиальном сечениях. На рис. 13.5 приведен также поперечный разрез рассматриваемого канала со всеми употребляемыми обозначениями. Здесь V — среднерасходная скорость течения. Кривые на рисунках даны для различных значений г = 1, где I — конечная длина канала. [c.554] При оценке радиальной составляющей вектора скорости течения (рис. 13.7) можно сделать вывод, что она на несколько порядков меньше осевой и окружной. Особо интересны зоны действия составляющих г/ . Как видно из рис. 13.7, составляющая возникает у поверхности винтового оребрения (поверхностей АВ и СВ на рис. 13.5), а также у внутренней и наружной цилиндрических поверхностей (рис. 13.7,6) причем значение с разных сторон ребра различно. Со стороны поверхности С/) составляющая у больше. Совсем незначительна радиа-пьная составляющая вектора скорости у цилиндрических поверхностей. С обогревом жидкости у (как и другие составляющие) растет. [c.555] Рассмотрим результаты расчетов для случая тепловых граничных условий второго рода, в частности, для широко применяемого на практике варианта — постоянства по длине и по периметру канала значения теплового потока. На рис. 13.9 представлено расчетное распределение безразмерной температуры стенки винтового коаксиального канала t = t /t по его периметру. [c.555] Из рисунка видно, что по периметру винтового канала t, распределяется неравномерно. По мере приближения к лопасти оребрения температура стенки возрастает. Так как закрутка потока осуществляется от ребра АВ к ребру СВ, то значение вектора скорости в зоне АВ меньше, чем в зоне СВ. Соответственно t, на ребре АВ больше, чем на ребре СВ. В результате у ребра АВ происходит более интенсивный прогрев жидкости, отражаемый резкой деформацией эпюр составляющих вектора скорости (рис. 13.10, кривые 3). При рассмотрении изменения t, по периметру наружной ВВ) и внутренней АС) поверхностей труб можно сделать вывод, что более резко температура меняется по периметру наружной поверхности трубы. [c.555] Перейдем к рассмотрению результатов численных исследований для второй из основных форм винтовых каналов, применяемых в качестве интенсификаторов теплообмена в трубчатых элементах аппаратуры, — трубы с винтовой вставкой из скрученной ленты. Расчеты проводились для трубы диаметром 0,012 м, длиной 1,2 м и с шагом закрутки 0,033—0,34 м. [c.556] Распределение составляющих вектора скорости течения для рассмотренного варианта тепловых граничных условий второго рода также будет характеризоваться более интенсивным (по сравнению с тепловыми граничными условиями первого рода) прогревом слоев жидкости, прилегающих к плоскости ребра (рис.13.11,а, кривая 3). Соответственно более резкой будет деформация окружной и радиальной составляющих вектора скорости течения. [c.558] Для удобства анализа полученных решений на всех рисунках, отражающих гидродинамические характеристики потока, представлены эпюры радиальной окружной и осевой составляющих вектора скорости вместо используемых в постановке задачи функций СО3, Р, у или у , тЯ, гЯ. [c.559] Каналы с винтовой накаткой. Результаты расчетов векторных величин для удобства представления преобразованы к физическим компонентам цилиндрической системы координат и приведены к безразмерному виду. [c.559] На рис. 13.16—13.18 показаны расчетные эпюры компонент вектора скорости для радиального и кольцевого сечений канала с винтовой накаткой. [c.560] На рис. 13.17,6 эпюра распределения у у в кольцевом сечении канала имеет изгибы в областях, непосредственно примыкающих к выступу. Кроме того, здесь также существует уклон к оси ординат на отрезке ф/(2л) = 0,5+1. [c.560] В радиальном сечении канала это выражается несимметричностью распределения у относительно центра канала. Как видно из рис. 13.17, а, у достигает максимальных значений на некотором расстоянии от стенок канала, а затем, по мере продвижения к центру уменьшается до отрицательного значения. В части канала, где расположен выступ накатки, изменение происходит более резко. В этой области Уг/У)тлу. имеет меньшие значения, чем в области гладкой стенки (на 10 0%). [c.560] Как видно из рис. 13.18,а, в радиальном сечении эпюра распределения у имеет аналогичный характер. При этом достигает максимальных значений на некотором расстоянии от стенок канала, затем уменьшается. В области расположения выступа накатки, как и для эпюры у , у /у)тах имеет меньшие значения, чем в области гладкой стенки. В кольцевом сечении (рис. 13.18,6) эпюра распределения Уф отклоняется от горизонтальной оси и имеет изгибы в областях, непосредственно примыкающих к выступу. Эта область достаточно узкая, соизмеримая с размерами выступа винтовой накатки. [c.560] Наименьшее значение (Уг)тах имеет эпюра 3, соответствующая трубе с наименьшим шагом 5//) = 0,72 и наибольшей высотой с1/0 = 0,72 накатки. Эпюры распределения и (Уф в этом случае имеют наибольшие значения (тУг)тах и ( Уф)тах И Наибольшее смещение к центру канала (рис. 13.17,а и 13.18, , пунктирные линии). [c.561] Теплогидродинамическую эффективность метода интенсификации можно оценить сравнением значений коэффициента теплоотдачи и гидравлических потерь др/дд , соответствующих течениям вязких сред в трубе с винтовой накаткой и в гладкой трубе. [c.562] Как видно из рисунка, в трубах с накаткой значительно выше, чем в гладкой трубе, причем с увеличением высоты накатки и уменьшением шага ttj, приобретает более высокие значения. Так, tj, достигает максимального значения при течении жидкости в трубе с минимальным шагом S/D = 0,72 и с наибольшей высотой d/D = 0,72 винтовой накатки. [c.562] Для анализа механизма возникновения эф- интенсификации теплообмена достигается для фекта интенсификации теплообмена пред- трубы с максимальной высотой d/D =0,72 и ставляет особый интерес область, заключен- минимальным шагом S/D = 0,72 накатки. Одна-ная между выступами винтовой накатки. На ко гидравлические потери в этом случае име-рис. 13.24 приведено распределение модуля ют наивысшие значения. [c.563] Увеличение шага винтовой накатки также дает некоторое снижение значений гидравлического сопротивления, но в значительно меньшей степени, чем при уменьшении ее высоты. Поэтому в системах, где требуется достичь больших эффектов интенсификации с некоторым запасом по гидравлическому напору, выгоднее применять трубы со следующими геометрическими характеристиками при прочих равных условиях S/D = 4,28, d/D =0,72. [c.564] В целом результаты этих исследований качественно совпадают с результатами, приведенными выше, для каналов с винтовой накаткой. Интерес представляет только более подробное рассмотрение результатов численных исследований в зоне расположения витка проволочной вставки. [c.564] Вернуться к основной статье