Теплообмен в элементах конструкции двигателей ЛА Методические указания к курсовым работам, страница 4

При турбулентнои режиме течения в каналах основное термическое сопротивление теплообмену между стенкой и потоком сооредотсчено в узком.срнстелочнсм слое тсшсиной, составляхщей 0,05...0,1 от радиуса трубы, Именно з атом слое целесообразно с целью интенбификыции теплообмена увеличивать турбулентный перенос тепла. Зффективным путем турбулизацни потока является создание н пристенной области отгшвных зон. Навлучшие результаты получаются при дискретной турбули- зации потока на стенкех каналов, причем источниками турбулентных вихрей должны быть плавно очерченные выступы или канавки.

Представленные з ) 8Д результаты наследования позволили научно обосновать рациональный выбор метода интенсификации теплообмена в каналах любого поперечного сечения, разработать способы его реализапди. Для трубчатых теплообменных аппаратов проведенные исследования позволили предложить следухмщй метод интенсификации тецлообмене. На наружной поверхности теплообменной трубы накаткой наносятся периодически расположенные кольцевые канавки (рис. 3.6).

При этом на наружной поверхности труб обраэуютоя кольцевые диафрагмы о плавной конфигурацией. Образущцнеся диафрагмы и кольцевые канавки турбуляэируют поток в пристенном олое и обеспечивают ннтеноифнкацлю теплообмена квк снаружи, так и,внутри труб. При этом не увеличивается наружный диаметр труб, что позволяет использовать денные труби в тесных пучках труб и не менять ауществухщей техаслогии сборки трубчатых теплообмензых щшаратов. Данные поверхнооти теппсобмена применимы для трубчатых теплоабменных аппаратов, работакщих на газах и жидкостях, а также при кипении и конденсации теплонооителей.

Рис. 3.6 Унеличенне коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления з трубах с иольцеными диафрагмзьщ по сравнению с гладкой трубой удобно учитывать отношениями АБАЯМ~„и ~/~~», где индекс "гл" относится к гладкой трубе. Отношения.ФЫ/АФщ и ~/Д„зависят от числа Рб, отношения диаметра диафрагмы к внутреннему диаметру трубы ф,Щ (рис. ЗА), относительного шага размещения диафрагмы с/Яу . В области развитого турбулентного течения наиболее эфректизные результаты достигаются прн невысоких диафрагмах (фЩ 0,93) н прн небольшом шаге (Щ = 0,25...0,5).

Прн расчете коэфрнциент теплоотдачи и трубах с турбулнзаторами относится к поверхности гладкой трубы, 28 В раасматринаемом теплообменном аппарате газ, протекнлщнй внутри труб, нагревается. Опытные данные по средней теплоотдаче обобщаются следущсими зависимостями: ,~,,з, (г ыж С~ф я»»(.~ЫЙ:фй~)'») слн справедливой для С~~/1$ = 0,88...0,98;Е/Лу = 0,25...0,8; л ш = 104 .410',и' "ММ~л-~/~ -~-Я ф~М —, -ГбА'.у'-,у~~-~ЯЮЮ7, (3.56) г' Ф -Фг справедливой для~ф/ф= 0,88...0,98; ~/ф= 0,8...2,5; ~~.= 10 ...

4 10 . В обеих фор~улах числа Рс» и,ФЬ берутся по среднзмаосовой температуре потока. В формулах (3.55) и (3 56) ~й~ „определяется по зависимости ~л1 ч ~~~/о» ~~ » (3,57) Денные по иозффицвентам гид5сазлнческого сопротивления обобщаются в диапазсне Ф,, = 10 ...4 ° 10 следующими завнсимоотями; 4 ~~, юа ае,-Ыддуlп>~~1 ~гУ~н~Я~'~'~, с, ~ ~/~гл=1 ~;бР» ), .) ( УЦ~а,~5 / справедливой для ф~~ф = 0,90...0,97; ~~ф = 0,5.

° .10; р~„,.(ь.Й~ Я=ця-ъЯ7ф-сус»»чз~4з~)<з.ы) сцрзведлнвой длясфЯ = О 88 0 98. ~/ф= 0 5 М- + Ы-'~~~ /р4-~,~р~-ы~~~в рРур'-Ф®"'~ (' ) 6(Уе,в-~~ УУ ~г ' ' З~ справедливой для ~фЯ= 0,90...0,98;~~ф= 0,25. В формулах (3.58)... (3.60)~~к определяется по зависимости = 0,3164йзЫ» .Формулы (3.55)...(3.60) громоздки, поэтому практичеание расЧетм удобнее веоти с помощью таблиц значений 44,'МЯЛ и ~®, в зависимости ст /(с», 4/Оу и~,~Ту (табл. 3.1).

Если в рассматриваемом теплообменном аппарате используютоя не гладкие трубы, а трубы с турбулизаторами (нзкатанные труби), то для расчета гидравлического сопротивления и теплоотдачн внутри труб используются завиовыооти (3.61) 29 сзстг ~бшб сРе„; Р» (.л'тс/л'тсгл Ъе» (3.82) Индекс "сРЕ»" обозначает, что стнсшония~/Д, иМ/лй„берутся п)22 сРе». для расчета тидраилаческсгс сопротивления и теплсстдачи в мактрубнсм прсстраастив вмеотс (3.8) и (3.8? используются эаписимсста 4()стгс Сг Сг Ж' ~~сРегт ' сл)гЖ !г Г' ~'гл сзл'ег (3,84) индекс "сРе„" обозначает, что стнсшенияМг/с(фл и ~/~~л берутся при сРе .

Для псперечастс обтекания пучков труб с кольцевыми конниками г' мсинс принять рь,Ма„) =(у/~„) а ~ 72... 7',Л. (3.88) Далее необходимо внести коррективы в следуви!ие формулы: ~~гсСсР~ г!гс)/тг/Л/тягл ~где а'Г 4ф~г~'ГГ (3.181) ~Р~нттг,(~~~!~'ггл зс)тег сттг РЕгс "Рггу~-Эн~) (3.18 ) Сс~ сспм(~~и, гл с~о ш ГС С Ж ~~ слсгСЕ 'сссс)( / г 1 Тг Тг . (3 201) с сс КСгСл /1Л„1 . Тг- Тг Л'с (3.21 ) угор.г [7у (7усс и,„!ее, ' лг =с! тл ( ~»- — ~2~ЩгЛ )Ята с СС = " " "('С!474/Л~Ь~,?гт -А» РЕ» з !С*" 47г фР !Ог . 1 т,г 4(г ь Е»» (Т Т ? ° (3.42 ) 7~ " тт 47УЯ Ац» (ии/игл зсрс 1 тс - И, 737С„, Ю. и с~ 1сСС )у !ГС7 ! ссстнсшания (3.20~) и (3.21? идентичны ссствотствеонс соотношениям (3.20) и (3.21).

Таблица 3.1 яа= аа с .сна ъ ш у Л сг ш % Ъ сто а 1 1,32 !.72 2,74 зле 4', 1О 4.36 7, 16 в',16 1 г, 2)ВЗ 2 (32 2,82 глг 1,1т 1. 50 г,ав 2.10 з,ат 4.45 5,45 5.50 7.'91 9,08 1алв 1,ЗШ 1,555 1, ОМ г.й г,'аю 2, 64 2.733 г,' ю 2'.665 г,вт ! !ла 1,3 1.тг 1,аа '2.20 1,85 2лч гле 1 1,20 1,Я 2. 15 г, з, 4,16 6.34 т,'35 8.22 1 1, 1.4о 1, 1.48 1. 302.М 1. 932, 34 2, 4,'таа 1 1,37 !ла 1,та 1,'ю !де 2'.08 2,15 2,74 г,'зт 3'.40 тла 4,'20 2.М 6.16 г'.78 ела 2,84 7,40 2. В, гле ю,за 1 О. 99 а, 93 О.'аш Одоа ало а,' 94 а'. Оз а, '92 0,91 а.

90 а, вв а. 33 ,76 ,46 .Ю ,та з. 3,12 ' ',!В 3,31 2,28 З,Ю 2,'45 4,36 2,53 5.00 2, 5,36 2,77 ана г,ва т.! 2,33 2. 1747=6,5 1 ! !.63 1,'в! 1.'37 1, 1.73 .1 глв г.вт г,'ю 3,'61 .61 4 33 .т вло О,ат ,00 !ало ! 1 1 122 ! Ю 123 ! 1,45 1.43 1,43 1 1ЛШ 1,30 1,71 1 1,36 2.30 1,92 2 2,'ав зле 2'.12 з 2.24 З. 2,22 З 2, ° ,аа г,з 3 2. 5ла2, 6 3,'а т, '2, 'в г,' в,'ю 2?ю в 2.

Ю,1 зтап 1ЛШ 1,45 1.6 2'. злш 4.06 4,62 5.90 В'.1 9. !ада 1,12 1, 1',та г. 13 2, з,' т,' в, 1 !.34 1,23 1,66 !ла 2, 1, 2, 1, 4. 2, г, а. '2', т,' 2.' 1 Е. 96 о.' ва а,'977 О,' ОВ «65 О. 64 О', ОЗ Е.'аг е, оз е. '69 а 60 04 2! зв 63 6! 77 в! г. в, г,т П 1 1.06 1,16 1,27 1.50 1шо г'. 1а,аа ,а 1, 15 !ДО 1Л4 1, 1,35 г',21 гнш 2,41 «52 2.60 !с 1 1, 15 1.39 1,61 1.66 1.

2,!З 2,Ю 2.15 Е. 96 Е.' ВВ ашот Е. 95 Е'. 92 6,61 о. Ва а. ю ! 1,63 1.аз 2?Ю з,'аа 4,!3 4,06 а,аз 1 ! 1.1 1,067 !. 251,1 1, 1, 1. 651,46 1, 821,722 1 1,11 1, 1, 1.12 2,62 з,ю 4, В,Ю 3,20 !О. 1,!В 1.40 1. 1, 1,82 1Л6 2,32 г',ю 2,75 1 1, 1,28 1,53 1,Я г.е! 3.97 з,'и 4,04 4,76 5,'30 7.20 9,50 1 1, !г 1,26 1, 1, 1,75 1, гле 2,21 2,41 г.т4 1,30 1 2 з 3 4 5 1 !а 1, ОЗВ.Ю 2', юг,'юю 2.21 3,76 2'.аО,ЗО 2,79919.

ОЗ '1. 31 ~$1 31 30 т„' ПОРПДОК РАСЧЕТА аа 1. Расчет теплообменного зппа та без и вненэя ЗНИ т,' аа уа аа аа 1. Тепловая мощность теплообыенника У= ~' ~'а»ю- Ккк,) Ет, (3.66) Т,' '4У „У ааююаа УР аааааю а экаю еа юа Иоино такие использовать приблииенное соотношение Р=~~ о ГһΠ— т'~, где Сок определяется по средней температуре холодного воздуха Т = 2. Температуру горячего газа на выходе из теплообменника Т„ и средншш темяературУ горячего газа 7О = СЯТ„У 7')определить по зависимости 4'=~ Ор„ГТУ -~г)-~~~р,Гг -~г), где средняя теплоемкость горячего газа Гр находится по7' . Задача решается методом последовательных прнблииений. Свойства горячего газа берутся, кзк уже упоминалось, по эоздуху.

3. С реднелогарифыический температурный напор для чистого про- тиэотока Д ТОС Орют ы '-';" Л Р1" У Р УР Й Р~ШР Е 1 течения 4У ОУ эю УР 4У ЮУ 4Ю 4» ОУ 4а 4У (3.66) Т' уа 4У Т" (3.69) у аулу Оаюасааюаа ОР Ою эа ОУ 4У 4У уаэа ау аа еу юю ОР ав юю аю эа оТ»юг= аТкюгарют 'Ч~(~Р,'т) (3.71) ГДЕ 7РР— ПОПРЗНКВ На ЧИОло ходон, оПрЕДЕлнетса пО Номограашэы [6~, приведенным на рис. 3,7,в-д длн различных схем теплосбменных эппаратон, где 32 Т-Тк ю » к р Т' ! а,/ ОУ эа аа Ою 4ю ОР Оа ОР аа Рис.

3.7 ЗЗ гле ь», а ~»~ - энтальпии воздуха на входе и эыходе иэ аппарата (соответстненно при~а~», Т» и б~»~ 7„'а). Теплоризические свойства воздуха приведены н табл. 3.2. Знтальпив воздуха прш теыпературах Т = 360...900 К и давлениях )б = 10 ...10 Па рассчитать по Формуле и» ГХЮР1+ГЭЧ6287» +РВЮ787~~-5 ~~525ЯЮ 7к АЮДАГ, (3.67) Таблице 3,2 Л 4о'. в /~м.К) ц ° Ю 40 м'lс м'/с с, к"м )бо-к) /ИО, Пс- с ~,кз/Н -50 -20 0 10 20 30 14,53 16, 15 17119 17969 18,19 18,68 19,16 19,63 20,10 20,56 21,02 21,47 21,90 22,77 23,61 24,44 25,24 26,01 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 2,05 2,28 2,44 2,51 2,58 2,65 13,4 16,8 19,4 20,7 22,0 23,4 24,8 26,3 27,6 29,2 30,6 32,2 36,9 40,0 43,3 46,9 50,6 9,49 11,97 13,75 14,66 15,61 16,58 17,57 18,58 19,60 20,65 21,74 22,82 23,91 26,21 28,66 31,01 ЗЗ,49 36,03 1,00 1,00 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,02 1,02 1,02 1,03 1,03 1,05 1,06 1,07 1,И 1,11 2,72 2,79 2,86 2,92 2,99 3,06 3,12 3,24 3,37 3,49 3,62 3,74 4,06 4,37 4,64 4,91 5,45 5,98 40 58 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 27,91 29,71 31,42 33,09 36,16 З9 „05 41,74 44, 29 46,68 48,99 51, 20 53,36 60,0 70,0 80,0 90,6 133 137 162 190 216 247 277 309 250 ЗОО 350 400 500 600 700 800 900 1000 ПОО 1200 42,75 49,87 .57, 33 65,22 81,85 99,86 118,95 139,18 160,14 182,67 205,94 230,17 0,71 0,71 0,72 0,72 0,72 0,73 0,3510 0,3183 0,2916 0,2683 0,2487 0,2319 1,13 1,16 1,17 1,18 1,20 1 121 6,47 7,00 7,40 7,84 8,26 8,66 0,73 0,7З 0,74 0,74 0,74 0,74 1,532 1,350 1,251 1 „207 1,166 1,127 1,И1 1,057 1,026 0,996 0,967 0,941 0,916 0,869 0,827 0,789 0,754 0,722 0,5530 0,5960 0,5482 0,5075 0,4418 0,3912 Коэффициенту рассчитать ппо оФормуле (63: / — Р Ъ ~-РР (3.72) п(~а)/~~~ -гм~~~— где ~т,, - число ходов в ыектрубном пространстве.

Для Я' = 1 )Ннвйтв по формуле Р (3,73) (м= '.~/-'(РЯ/- М~ Р/ «-Ю 4, Средняя теыйервтурй холодного воздуха ~г ~ ать 5. По найденным средним значениям температур горячего 7„' и хое ~А.6 лодного гаев ~» и ооответотвенно средних девленийрг =Р ~ и 2 Р =Р—,2; =Р— д — определить значения теплофизичеокзх свойств газа. 7/б» » =Р1 —;,~ Плотность рассчитать длн идеальных газов Рг )О У(7;,; Як /о //(7 бнвчениЯ Л„Д,,~~г,~~„,ср~,со, Ф', Р~ найти по таблице свойств ноздухв (табл.