Экспериментальное исследование конвективного теплообмена и гидравлического сопротивления в криволинейном канале с кольцевыми турбулизаторами

УДК 621.1.016

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА И ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В КРИВОЛИНЕЙНОМ КАНАЛЕ С КОЛЬЦЕВЫМИ ТУРБУЛИЗАТОРАМИ Я.Ю. Махди, Е.И. Бокарев, А.В. Бараков

В работе описана экспериментальная установка для исследования параметров конвективного теплообмена и гидравлического сопротивления в криволинейном канале с кольцевыми турбулизаторами. Проведено сравнивание экспериментальных данных с результатами математического моделирования

Ключевые слова: экспериментальная установка, конвективный теплообмен, гидравлическое сопротивление, криволинейный канал, кольцевой турбулизатор, эмпирическое критериальное уравнение

Введение

Использование изогнутых каналов с кольцевыми турбулизаторами весьма актуально не только в теплоэнергетике, но и в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Одновременное воздействие на поток теплоносителя турбулизаторов и центробежной силы, возникающей при движении теплоносителя в криволинейном канале, позволяет существенно повысить интенсивность конвективной теплоотдачи. Однако исследованию этого процесса посвящено ограниченное количество работ [1], которые носят чаще всего теоретический характер. Поэтому проведение экспериментального исследования гидродинамики и теплообмена в таком канале представляется весьма актуальным.

Принципиальная схема установки

Для проверки адекватности разработанных ранее математических моделей [2,3] были проведены экспериментальные исследования тепломассообмена и гидродинамики. Для этого была спроектирована и изготовлена установка принципиальная схема которой представлена на рис.1.

В процессе эксперимента производится измерение температуры, давления и скорости воздуха на входе и выходе, а также температуры воды в ёмкости 7.

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки.

1 -компрессор, 2 -термостат, 3 - устройство измерения давления, 4 -термометр, 5 - устройство измерения скорости, 6 -компьютер, 7 -ёмкость, 8 -змеевик с кольцевыми турбулизаторами, 9 - клапан.

Экспериментальный образец

Г еометрические параметры экспериментального образца приведены в таблице, а на рис.2, 3, 4 его чертёж и общий вид.

Геометрические параметры исследованного образца

Рис. 2. Продольный разрез спиральной трубы с кольцевой накаткой

Махди Яхья Юсиф - ВГТУ, аспирант, тел. (473)243-76-62 Бокарев Евгений Игоревич - ВГТУ, студент, тел. (473) 234-76-62 Бараков Александр Валентинович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел (473)243-76-62

-&Н--------ьеЬ

Рис. 3. Вид экспериментального образца спереди и сбоку

Рис. 4. Общий вид экспериментального образца

Методика проведения эксперимента

Принята следующая последовательность проведения опытов по исследованию газодинамики и теплообмена:

- включение термостата, которым поддер-живаетсянеизменной во времени температура воды в ёмкости 7;

-запуск компрессора;

- настройка расхода воздуха на входе в образец;

- выход на стационарный режим работы экспериментальной установки по скорости рабочего потока (воздуха);

- замер температуры воздуха на входе и выходе;

- замер температур воды в ёмкости 7;

- замер перепада давления на входе и выходе из образца;

В общей сложности было исследовано и обработано 11 режимов.

Сравнение теоретических и экспериментальных результатов

По результатам проведённых экспериментальных исследований были построены зависимости гидравлического сопротивления и температуры воздуха на выходе из экспериментального образца в зависимости от режима течения теплоносителя (числа Рейнольдса). Эти зависимомти показаны на рис. 5 и 6. На этих же рисунках приведены теоретические зависимости, построенные по эмпирическим форму-лам[2,3]:

Ыи

Ыи,,

= 1 +

Re0

18 I Я .В

Х=1.

(

1,575

^Яє- 3,6

104 <Яе < 106

0,05 < В < 0,25 Я

0,85 < — < 0,98; 0,4 < — < 0,6

В

В

Была проведена оценка эффективности интенсификации теплообмена при помощи соотношений Ыи / Ыи гл и X / Хгл (рис. 7,

8). Как видно из графиков, соотношения Ыи / Ыи гл и X / Хгл лежат в следующих диапазонах :

Ыи /Ыигл = 1.789...2.498;

X / Хл = 1.11...1.88.

выход на стационарный тепловой режим;

0,13

0,13

Рис. 5. Зависимость перепада давления от числа Рейнольдса

________расчета по формуле (2),

экспериментальные данные

Рис. 6. Зависимость температуры воздуха на выходе из криволинейногоканала

________ расчета по формуле (1),

экспериментальные данные

Выводы

Хорошее совпадение теоретических и экспериментальных результатов подтверждает адекватность разработанных ранее математических моделей по гидравлическому сопротивлению и конвективному теплообмену в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизатора-ми ,что позволяетрекомендовать полученные ранее соотношения (1) и (2) для практического использования.

Рис. В. Зависимость числа Нуссельта от числа Рейнольдса

__________ расчета по формуле (1),

экспериментальные данные

Литература

1. Калинин Э.К. Эффективные поверхности теплообмена / Э.К. Калипип, Г.А. Дрейцер, И.З. Копп, А.С. Мякогип. - М.: Эпергоатомиздат, 199В. 40В с.

2. Махди Я.Ю. Моделирование конвективного теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами /Я.Ю. Махди, Д.П. Шматов, И.Г. Дроздов, А.В. Бараков / Вестпик ВГТУ. Т.В. № 5. 2012. С. ВВ-91.

3. Махди Я.Ю. Моделирование гидравлического сопротивления в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами / Я.Ю. Махди, А.В. Бараков, И.Г. Дроздов / Вестпик ВГТУ. Т.В. № 7.1. 2012. С. 106-110.

сопротивления от числа Рейнольдса расчета по формуле (2),

Воронежский государственный технический университет

EXPERIMENTAL RESEARCHOF CONVECTION HEAT EXCHANGEANDHYDRAULIC RESISTANCE IN THE CURVILINEAR CHANNEL WITH RING TURBULENCE PROMOTER Y.Y. Mahdi, E.I. Bokarev, A.V. Barakov

The experimental researchset for calculations parameters of convective heat transfer, hydraulic resistance in curved channels with annularturbulence and compare them with the mathematical models which are presented in the form of empirical criteriadependencies

Key words: Experimental system, heat transfer,hydraulic resistance , curvelinear channel, ring turbulence

promoter,dimensionless equation