Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 52

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 52)

П е р в о е у с л о в и е. Геометрическое подобие всегда может быть выполнено построением модели по конфигурации, точно копирующей образец. Конечно, здесь имеется в виду не внешняя форма изучаемого агрегата, а внутренняя конфигурация каналов, по которым движутся газы и жидкости. услОВия иодглиговьиия 299 й 43] Второе условие. Подобие условий входа жидкости также всегда может быть выполнено путем устройства входного участка, г ометрически подобным входному участку образца. На основе свойства стабильности этого вполне достаточно, чтобы условия движения жидкости при входе в модель и образец были подобны между собой. Т р е т ь е у с л о а и е. ПОЛОбие Ч изических параметров ь,]4,], и с при моделировании тепловых аппаратов является наиболее трудно выполнимым условием.

Согласно этому условию необходимо, чтобы во Всех сходственных точках образца и модели отношение соответствующих физических параметров было постоянно. Если в образце движение жидкости или газов протекает изотермически, т. е. в пределах исследуемого аппарата,емпература их не меняется, тогда для любой рабочей жидкости в модели это условие удовлетворяется всегда, лишь бы движени и здесь пр текало изотермически. При изменении же температуры значения физических параметров меняются.

В таких случаях для удовлетворения условий подобия и~ о 1ходимо, чтобы в модели и образце физические параметры изменялись подобным образом. Однако, осуществить это подобие в полном объеме невозможно. Поэтому при вынужденном движении жидкости третье условие подобия соблюдают лишь приближен ю, осуществляя в модели изотермич.сьий процесс движения, соответствующий какой-то средней температуре рабочей жидкости в образце.

Четвертое условие. Подобие температурных полей на границах в полном объеме осуществить так же очень трудно. Поэтому обычно применяется приближенный ма~под локального теплового моделирования. Особенность этого метода заключается в тбм, что подобие температурных полей осуществляется лишь в том месте, где производится исследование теплопередачи и опыт проводится при таких условиях, когда условия механического подобия в этом месте выполнены.

В применении к трубчатым паровым котлам это значит, что теплопередача изучается последовательно для каждой трубки в отдельности. Таким образом, исследуя одну за другой все трубки модели котла, очевидно, можно получить, как суммарный результат, показатели теплообмена для всего агрегата в целои. Пятое условие — одинаковость в образце и модели определяющих критериев,— как и третье, является точно выполнимым лишь в случае изотермического движения, а для тепловых аппаратов оно может быть выполнено лишь приближенно (см.

третье условие). При изучении вынужденного движения жидкости должно быть соблюдсно только условие гге=Ыеш, а в случае автомодельности и это условие отпадает. Условие Рг=]беш МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ УСТРОЙСТВ Зоо 1Гл. ла должно соблюдаться лишь при изучении теплообмена.

При ' изучении свободного движения жидкости необходимо соблюдение условия Ог Рг=1деш. При этом уменьшать геометрические размеры объекта исследования можно лишь В тех случаях, когда значение комплекса Ог Рг в образце велико, больше чем 2 10'. В этом случае закономерность процесса от линейного размера объекта не зависит (см.

й 12), но необходимо, чтобы в модели значение Ог Рг было не меньше 2 10т. При меньших значениях аргумента в образце модель надо строить в натуральную величину. 44. ПРИМЕРЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ Для иллюстрации применимости метода моделей к изучению работы промышленных тепловых аппаратов ниже приведены два примера. 1. Одним из первых построенных в СССР воздухоподогревателей был подогреватель П-образного типа. После его Фнг. 166. Спектры скоростей воздуха в П-образном воздухоподогреватеае, замеренные на образце прн тв = 11,4 М1сек.

изготовления оказалось, что по воздушной стороне гидравлическое сопротивление огромно — в 2,5 раза больше расчетного. Для выяснения причины это~о явления на заводе было предпринято специальное исследование. Оно заключалось в определении поля скоростей и поля статических давлений по ходам воздухоподогревателя. Результаты одного из таких опытов приведены на фиг. !00, где нанесены кривые распределения скоростей в отдельных сечениях нагревателя. Величина и направлени ° скорости указаны стрелками. Этн опыты дают полное представление о характере движе- пРимеРы ыоделииовлния 801 ния воздуха в элементе.

Из рассмотрения фигуры видно, что воздух движется не полным сечением канала, а в местах поворотов имеются застойные места — мертвые мешки, сильно сужающие живое сечение канала. Поэтому и гидравлическое сопротивление агрегата должно быть значительно выше, чем по расчету. При средней скорости тра=11,2 дт/сии оио оказалось равным около 165 лтм вод. ст., в то время как по расчету должно было быть равно около 70 мм вод. ст. Одновременно было проведено исследование работы воздушного подогревателя на водяной модели. Последняя была Фиг. 167.

Характер движения воздуха в П-образном воздухоподогревателе по опытам на водяной модели. изготовлена в '/з натуральной величины, с боковыми стенками из зеркального стекла. На такой модели были изучены условия движения воздуха в элементе нагревателя и измерено его гидравлическое сопротивление. Проведенное исследование показало полное совпадение характера движения воды в модели с характером движения воздуха в образце (см. фиг.

16? и ср. ее с фиг. 166). В поворотах и углах получаются мертвые застойные места. Они особенно велики в правом верхнем углу первой половины нагревателя и правом нижнем углу второй половины — за перегородкой. Благодаря поворотам движение жидкости происходит неполным сечением и вследствие этого получается значительно увеличенное гидравлическое сопротивление канала. Гидравлическое сопротивление элемента на водяной модели было исследовано при различных знзчениях чисел Рейнольдса.

Результаты опытов в логарифмической анаморфозе нанесены на фиг. 168, где по оси абсцисс отложены значения критерия Рейнольдса ттг, а по оси ординат — кри- 1 Гл. >о МОделиРОВлние теплов!ах устРОйстВ 302 терия Эйлера Еи. Кривая 1 построена по данным опытов с моделью, а кривая 2 по данным опытов с ооразцом, Согласно теории эти кривые должны совпадать, и практически они совпадают, ибо расхождение между ними меньше 10%, что можно отнести за счет ошибок измерений в опытах с образцом 20 15 1ю 1О 15 Л 3 4 Ю 3 10 15 — Ре.

Фиг, 1б8. Сопротивление вовдупь!ого подогревателя. ! — по оп там в в волевая модели," Л вЂ” по опытам иа образы с возаулом; Л вЂ” по опмтам ив водаиое модели с иаправлвющими лопатиами. Если по данным, полученным из опытов с моделью, подсчитать сопротивление образца, то получаются следующие результаты: По опытам на модели........

Ьр = 180 мж вод. ст. По расчету с учетом особенностей движения, обнаруженных при исследовании............ ар=185 мм вод. ст. По опытам на обраапе........ ар = 1б5 лала вод. ст. По расчету, сделанному при проектировании ............. Ьр = 70 лслт вод. ст. Дальнейшие опыты с моделью были проведены с целью изыскания условий для уменьшения гилравлнческого сопротивления. По предл женою акад.

Кирпичева в поворотах были установлены направляющие лопатки. При наличии последних условия движения резко м няют'я. Вместо беспорядочного движ ния, с образованием мертвых мешков, в этом случае жидкость движегся параллельными ст:уями (фиг. 169). Такое упорядочение два>кения сильно сказалось на сопротивлении подогревателя — оно резко уменьшилось (см. кривую 3 на фиг. 168) В пересчете нл образец сопрогивление элемента с направляющими лопатками равно лишь 60 лблб вод. ст. Таким образом, установка направляющих лопаток в поворо- ЗО8 ПРИМЕРЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ тах позволила почти в три раза снизить сопротивление подогревателя и вместе с этим значительно улучшить его работу как теплообменного аппарата.

2. В качестве второго примера приведем результаты опытов по изучению теплопередачи 165~. Так как метод моделей должен характеризовать действительные условия работы агрегата, учитывая все особенности его конструкции, то результаты опытов на модели нужно сопоставлять не с расчетными данными, а с данными эксплоатационных испытаний. Поэтому для доказательства применимости метода моделирования для изучения теплопередачи объектом исследования был выбран хорошо 1 !1~ изученный в эксплоатационных услона фиг. 170.

Характеристики

Список файлов книги