Диссертация (Повышение эффективности пластинчатых теплоутилизаторов посредством интенсификации теплообмена на поверхности с овальными лунками), страница 2

Провести сопоставительный анализ тепловых и гидравлическиххарактеристик работы теплообменника «Hoval» и теплообменника с овальнымилунками в системе вентиляции, предназначенной для утилизации теплоты газовоздушных выбросов в атмосферу.Объектом исследования являются пластинчатые теплоутилизаторы степлообменными поверхностями, содержащие углубления с острыми кромкамив виде ШС или ОЛ, либо выступы аналогичной формы.Предметомисследованияявляетсятеплогидравлическийпроцесс,протекающий в прямоугольном канале, нижняя стенка которого содержитуглубления в виде ШС или ОЛ, либо выступы (той же формы) с разнойплотностью их расположения.Научная новизна1.

Полученырезультатынатурногоичисленногоэкспериментов,отражающие особенности поведения потока при его взаимодействии содиночной ОЛ, расположенной на обогреваемой нижней поверхностипрямоугольного канала под углом 45 к набегающему потоку.

Исследования9выполнены при разных скоростях набегающего потока (1,8<Re/103<7,2) иглубинах ОЛ (1,26<SОЛ/SП<1,76). Здесь SОЛ и SП - площади овальной лунки и еёпятна.2. Разработана физическая модель, впервые описывающая механизминтенсификациитеплообмена,основанногонапостоянных(анепериодических) выбросах нагреваемого теплоносителя из ОЛ в ядро потока.3.

Разработан (на основе физической модели) метод, позволяющийопределить величину локальных выбросов нагреваемого теплоносителя из ОЛ вядро потока, и который может быть использован при определениикоэффициента теплоотдачи для других типов лунок.4. Полученыотражающиерезультатыособенностиобработкитеплоотдачиэкспериментальныхнаповерхностях,данных,содержащихуглубления в виде ШС или ОЛ (с острыми кромками) или выступы (той жеформы) с разной плотностью их расположения.5. Выявленэффектповышениякоэффициентатеплоотдачиприприменении ОЛ вместо интенсификаторов в виде ШС и фирмы «Hoval» висследованном диапазоне режимных и геометрических параметров и, какследствие,повышениеэффективностипластинчатоготеплоутилизаторапосредством интенсификации теплообмена на поверхности с ОЛ.На защиту выносятся1.

Результатыэкспериментальных и теоретических исследований,относящиеся к математическому описанию и определению величины теплоты,выносимой воздухом из овальной лунки в ядро набегающего потока.2. Результаты численного моделирования, включаятеплоотдачидляканаласовальнымилунками,коэффициентыпараметрыкоторогомаксимально приближены к каналам, применяемым в воздухо-воздушныхтеплообменниках.3. Методрасчетатеплообменникасовальнымилункамииегоиспользование для повышения энергетической эффективности системымеханической приточно-вытяжной вентиляции здания.104.

Сравнениетепловыхигидравлическиххарактеристикинтенсифицированного теплообменника фирмы «Hoval» с теплообменником,использующимпримененииовальныеэтихинтенсификаторытеплообменниковв(лункикачествеивыступы),утилизаторовпритеплотывентиляционных выбросов.5. Повышениеэффективностипластинчатоготеплоутилизаторапосредством интенсификации теплообмена на поверхности с овальнымилунками.ДостоверностьДостоверность полученных результатов основывается на корректномиспользовании фундаментальных систем уравнений сохранения энергии имассы, удовлетворительной согласованностью расчётных и экспериментальныхданных,применениемсовременныхвычислительных комплексов, а такжеэкспериментальныхметодикиудовлетворительным согласованиемрезультатов исследования с результатами других авторов.Практическая ценность работыСопоставительный анализ пластинчатых теплоутилизаторов с овальнымилунками и выступами сосхожими по массо-габаритным характеристикамтеплообменными аппаратами, представленными на рынке и используемыми всистеме вентиляции для утилизации теплоты газо-воздушных выбросов ватмосферу, показал преимущество первых над вторыми в передаваемойтепловой мощности (10-25%).

Расчет показывает, что при расходе воздуха16500 м3/ч по притоку и 14000 м3/ч по вытяжке через один теплообменник (приобщем их числе 7 штук), экономический эффект составит около 480 тыс.руб/год. Результаты работы могут быть рекомендованы к использованию дляповышения энергетической эффективности систем вентиляции промышленныхи бытовых зданий. Более того, часть данных могут быть использованы вдальнейших исследованиях теплообмена на поверхностях с ОЛ при полученииэмпирических формул, учитывающих иные параметры, ориентацию и11плотность расположения интенсификаторов теплообмена, значимых для другихобластей промышленной теплоэнергетики.Апробация работыРезультаты, полученные в работе, изложены в следующих публикациях (13 публикации в изданиях рецензируемых ВАК):1.

Арбатский А.А., Глазов В.С., Савченкова Н.М.,Сергиевский Э.Д.Моделирование течения теплоносителя в овальной лунке / Вестник МЭИ –2015. № 5. С. 42-49.2. Арбатский A.A., Глазов В.С., Сергиевский Э.Д., Хоанг Х.Х. Какповысить интенсивность теплообмена//Молочная промышленность.–2010. №4.

С. 72 – 73.3. Арбатский A.A., Власенко А.С., Сергиевский Э.Д. Влияние высотыканала с лунками на нижней поверхности на теплогидродинамическиехарактеристики // Вестник МЭИ. 2008. № 2. С. 30 – 32.4. Арбатский A.A., Глазов В.С. Моделирование течения теплоносителя вовальной лунке // Тезисы Шестой Российской национальной конференции потеплообмену.

– М.: Издательский дом МЭИ, 2014. Т.3. – С. 17-18.5. Алиев К.Б., Глазов В.С., Арбатский А.А. Влияние формы и плотностирасположенияинтенсификаторовнатеплообмен/Радиоэлектроника,электротехника и энергетика: ХXII Междунар. науч.-техн. конф. студентов иаспирантов (27-28 февраля 2014 г., Москва): Тез.

докл. В 4-х т. Т.3. М.:Издательский дом МЭИ, 2014. – С. 148-149.6. Арбатский A.A., Глазов В.С. Моделирование теплообмена в каналах сосферическими и овальными лунками // Сборник материалов VI Международнойнаучно-практическойконференции«Энергосберегающиетехнологиивпромышленности. Печные агрегаты. Экология». – М.: Изд-во ООО «ИТЕП»,НИТУ «МИСиС», 2012. С. 18 – 19.7. Сергиевский Э.Д., Арбатский А.А. Интенсификация теплообмена путемнанесения овальных лунок на теплообменную поверхность // Труды пятойРоссийской национальной конференции по теплообмену.

В 8 томах (25—2912октября 2010 г., Москва). Т. 6. Интенсификация теплообмена. Радиационный исложный теплообмен. — М.: Издательский дом МЭИ, 2010. — С. 141-144.8. АрбатскийА.А,ХоангХ.Х.,ГлазовВ.С.,СергиевскийЭ.Д.Исследование теплопередачи в двухканальном теплообменнике с луночнымиинтенсификаторами // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: XVIМеждунар.

науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3-х т. Т. 2. –М.: Издательский дом МЭИ, 2010. – С. 410 – 411.9. Арбатский А.А, Сергиевский Э.Д. Исследование теплообмена в каналес лунками различной формы на нижней поверхности // Радиоэлектроника,электротехника и энергетика: XV Междунар. науч.-техн. конф. студентов иаспирантов: Тез. докл. В 3-х т. Т. 2.

– М.: Издательский дом МЭИ, 2009. – С.383 – 384.10. Сергиевский Э.Д., Арбатский А.А., Власенко А.С. Интенсификациятеплообмена путем нанесения лунок на теплообменную поверхность // ТретьяМеждународная конференция: «Тепломассобмен в закрученных потоках». –М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – С. 140 – 141.11. Арбатский А.А., Сергиевский Э.Д.Интенсификация процессатеплообмена путем нанесения лунок на внутреннюю поверхность // ТретьяМеждународнаяэнергосберегающиенаучно-практическаятепловыетехнологииконференция:(сушкаи«Современныетермовлажностнаяобработка материалов) СЭТТ – 2008».

– М.: ООО «Франтера», 2008. Т.2. – С.230 – 231.12. Арбатский А.А., Сергиевский Э.Д. Интенсификация процессовтеплообмена в канале с лунками на нижней поверхности // Радиоэлектроника,электротехника и энергетика: XIII Междунар. науч.-техн. конф. студентов иаспирантов. 1-2 марта 2007 г. Тез. докл.: В 3-х т. – М.: Издательский дом МЭИ,2007. Т. 2. – С. 445 – 446.13Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 83х наименований и 3-х приложений.

Общий объем работы составляет 160 стр.,включая рисунки, таблицы и приложения.14ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫРаботыпоизучениювлияниясферическихилицилиндрическихуглублений, история которых насчитывает 50 летний период можно разбить натри периода- 1950-1980, 1980-1997. 1997- по настоящее время.В работе Н.А.

Скнаря, выполненной в 1952 г. в ЦКТИ им. И.И.Ползунова[16], было исследовано поперечное обтекание трех- и четырехрядных пучковцилиндрических латунных труб диаметром 24мм, поверхность которыхформовалась либо цилиндрическими углублениями различных диаметров иглубины, либо канавками ограниченной длины.По данным Н.А. Скнаря следует,что максимальнаяэффективностьтеплообмена (отношение Nu/Nu0 ) была достигнута авторами в случаеиспользования поперечных канавок,имеющих размер в направленииобтекания 2.0 мм, поперек - 25 мм при шаге вдоль направления обтеканиямежду соседними канавками 2.5 мм. Увеличение теплоотдачи, характеризуемоеотношением Nu/Nuо на таком рельефе составило для числа Re = 40000величину 1.9 в то время как отношение ξ/ξо составило 0.8.К сожалению, авторам этого исследования не удалось довести полученныйими результат до практического использования.

Несмотря на то, что основнойзадачей авторовэтогоисследования являлось использование указанныхрельефов для инициирования акустических колебаний в пристеночном слое,полученныерезультаты важны как указание на особенности вихревойдинамики при обтекании вогнутых рельефов, связанных с ростом егогидравлическогосопротивления.Приэтомповышениеэффективноститеплообмена на 30 - 40% ведет к росту сопротивления на 40 – 60%, что в рядеслучаев, не приводит к повышению функциональной и экономическойэффективности.В дальнейшем, в течение ряда лет были проведены исследованиягидродинамикиитеплообменанаповерхностяхуглублениями, нашедшие отражение в работах [17-21].сосферическими15Были даны частные подтверждения факта значительного увеличениякоэффициента теплообмена при незначительном увеличении, а в ряде случаев иснижении гидродинамического сопротивления, но ни в одной работе не даночеткого объяснения этому явлению.Столь же важны и необходимы результаты интенсификации тепло- имассообмена на вогнутых рельефах, полученные [18] в 1971 г.

В этой работе,в частности, обнаружено, что на полусферической одиночной лунке числоНуссельта зависит от числа Рейнольдса (Re = w.L1 /υ, где L1=0.785.d) в степениn=1.33 и диапазон скоростей, где такая зависимость устойчива, простирается впрактически важные турбулентные режимы течения.В работе [18] исследуется ранее редко рассматривавшийся случай срывапотока, который наблюдается в том случае, когда первоначально выполненноестационарным поперечное сечение канала неожиданно расширяется, анепосредственно после этого следует вторичное сужение поперечного сеченияисходящей частиканала, причем поперечное сечение канала становитсяпрежним.