Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Ашмантас Л.-В.А. - Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб (1062122), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Сглаживание оценок спектральной плотности по ансамблю проводилось по формуле (ЕЕ( + ЕЕз + ... + ЕЕЧ)/ с Ее (3.13) и где и ' — дисперсия всей реализации. Результаты исследования энергетических спектров турбулентности в пучках витых труб, выполненного по изложенной методике, представлены на рис. 3.1 в функции волновых чисел (3.4). Полученные данные (см. рис. 3.1) позволили уточнить оценки нормированной спектральной плотности, сделанные в работе [12], В этой серии экспериментов также наблюдается сдвиг спектра в область больших волновых чисел по сравнению со спектрами в круглой трубе.
Влияние числа Ке на распределение Е (/с) практически не проявляется, однако с ростом числа Ке имеется некоторая тенденция к увеличению Ем),м Е/н 1а-" 1р-а 1а' 1Е 1Ет /Рз 10 Иг Иг нм ' Рис. 3.1. Нормированные энергетические спектры турбулентности ве- личины и по волновым числам (11]: с, с, с, и, °, ° — длЯпУчка с Ргм — — 296;,и,У е,/а, УУ вЂ” тоже с Ргм = = 1187; ч, с, о, )Е, т, ф — для сквозного канала; й, °, °,я',у, д — за местами касания труб между собой; ч, т,/Е,у — для Ке = 8300; с, °,,з(, У вЂ” для Ке = 22000; о, °, е, Š— для Ве = 62000; 1 — данные для круглой трубы тч энергосодержащих вихрей, Такая же тенденция наблюдается и для сквозных каналов пучка, а энергетические спектры з» точками касания витых труб сдвинуты в область больших вол новых чисел.
Влияние числа Рг на энергетические спектрь турбулентности аналогично влиянию числа Ке, т.е. с ростов Ргм, или У/ис, доля энергосодержащих вихрей увеличиваетст как для сквозного канала, так и за точками касания витьп труб (см, рис. 3.1) . По всей вероятности при сдвиге спектра т область больших волновых чисел сс (больших частот) следуе1 ожидать уменьшения интегрального продольного масштаб; крупных вихрей, определяемого по формуле (3.9), а такжс отличия этого масштаба от масштаба, оцененного по (3.5) характеризующего среднестатистический размер вихрей.
Коэфсрициенты автокорреляции, определенные по фор муле и„(с ) и„(с + т) дт— Л= (3.14) и„с(с). и„~(с+ т) представлены на рис. 3.2. Видно, что при больших числах Ке = = 61400 распределение сст от т для рассмотренных характер ных точек ядра потока практически можно описать одной за висимостью, в то время, как при Ке = 8300 отличие распреде лений для сквозного канала и области течения за точкой каса ния труб существенно. Такая закономерность наблюдается длс пучков витых труб с относительным шагом закрутки Ю/ис = = 12,5 и 25.
Это свидетельствует о том, что с ростом числа Кс турбулентность в ядре потока в пучке витых труб стремится с более изотропной структуре. При больших числах Ке наблюдается также резкое сниже ние коэффициента Ят в окрестности точки т = О, что связано с наличием в ядре потока широкого диапазона размеров турбу лентных вихрей (см. рис. 3.2).
Для пучков с шагом закруткс трубу/с/= 12,5эти эффекты проявляются в большей степени чем для пучков с большим шагом э" / с/ = 25. Распределения )т т = /'(т ) позволяют рассчитать интеграль ные временные макромасштабы турбулентности Г по фор муле (3.8). Изменение масштаба Г в зависимости от чисел Кс и Рт для характерных точек ядра потока в исследованны: пучках представлено на рис. 3.3.
Видно, что для пучка с Ргм = = 296 временной масштаб в поперечном сечении пучка в ядр потока изменяется незначительно так же, как и для пучка ~ Рт = 1187, а с увеличением числа Ке с 8300 до 61400 Г умень шается практически на порядок. Зависимость Г от числа К 7 йт го т гр,мс ЗР Рис.
3.2. Нормированная автокорреляционная функция (11]: , с, ° — для г.учка с Ргм = = 296; в, )г, е,,е — то же с Ргм = — 1187; Р, о,)у, ф — для сквозного канала; т', е,,'Ф,~à — за местами касания труб между собой; р, Р, 1),,ф, — для Ке = 8300; с, °, ф,,е' — для Ке = 61400 Рис. З.З. Влияние чисел Рейнольдса, Ргм и положения датчика на интегра1гьный временной макро- масштаб турбулентности 1111: о, ° — для пучка с Ргм — — 296; о, ° — то же с Ргм — — 1187; о, о для сквозного канала; °, ° — за местами касания труб между собой; 1 — зависимость (3.15); 6 рг 2 — зависимость (3.16) гр 3 е у 3 гр» г 80 1.Ю,'я С ср/оз о р/Фд вю вз в ею" г о вес го г г о ввгввв'го. Рис. Зли Влияние числа Рейнольдса, Ргм и положении датчика на про дольный интегральнмй макромасштаб турбулентности (11): ф, У вЂ” для пучка с Ргм = 1187; У, У вЂ” то же с Ргм = 296; ф, Ф вЂ” дл~ сквозного канала; У, У вЂ” за местами касания труб между собой; с ° — средние значения безразмерной величины Аср/гМз для чисел Ртм = 1187 и 296 соответственно Рис.
3.6. Зависимость безразмерного масштаба Еср/4 от числа Ргм о, ° — опытные данные для Ргм — — 1187 н 296 соответственно; 1 —. зава симость (3.17) можно представить степенными функциями: для Кгм = 29) Г = 4,05/Кегд'з (3.15; и для ггм = 1187 Г = 5,26/Кедозз (3.16' Пространственные интегральные макромасштабы турбу лентности в пучке витых труб, определенные по формул (3.9), можно рассматривать как масштабы крупных вихрей ~ направлении среднего потока. Опытные данные по масштабу ) представлены на рис.
3.4 в функции чисел Ке и гг для харак терных точек ядра потока. Видно, что макромасштаб в облас ти ядра потока за точками контакта труб меньше, чем в скво:- ном канале. На рис. 3.4 представлена также зависимость сред него значения масштаба А в ядре потока, отнесенного ~ эквивалентному диаметру пучка, которая практически не зг висит от числа Ке и гг . Зависимость Л /о) от числа гг сраг пинается на рис. 3.5 с зависимостью из работы (12) Сор/г/э = 2,41 Ргмодот (3.17 Оказалось, что для пучка витых труб с числом г г = 296 пол) ченная в данном исследовании величина А /г/ мало отлич; ется от зависимости (3.17), а для пучка с Гг = 1187 отличи достигает порядка 50%.
На основании представленных данны можно принять, что безразмерный масштаб А /~гз = сопвС(ргм 8 (рис 3 5), Тогда вклад турбулентной диффузии в поперечное перемешивание теплоносителя в пучке витых труб с ростом числа Ргм будет уменьшаться в меньшей степени, чем по оценкам работы [12). Так, для числа Рг = 296 этот вклад составляет 10,3 ... 12% вместо 13% (12), а для числа Ргм = 1187— ж 8 ... 9,5% вместо 5,3% (12) при тех же основных допущениях, что и в работе (12) .
Выполненные исследования вихревой структуры турбулентного потока в пучках витых труб свидетельствуют, что в ядре потока наблюдается некоторая анизотропия свойств, При больших числах Рейнольдса структура в этой области течения стремится к более изотропной структуре, что используется при построении методов расчета тепломассопереноса в таких пучках. Исследование интенсивности пульсаций скорости, автокорреляционной функции и спектральной плотности позволило выявить физическую природу интенсификации теплообмена в пучках витых труб.
Оказалось, что дополнительная турбулизация потока связана с закруткой и неравномерностью поля скорости в ядре потока. Так, сдвиг энергетического спектра турбулентности в область высоких частот (волновых чисел) по сравнению со спектром в круглой трубе, характеризующий возрастание диссипации энергии, наблюдается во всей области течения и для всех исследованных чисел Ке и Ргм. При этом максимальные значения интенсивности турбулентности наблюдаются в следе за местами касания соседних труб, где энергетический спектр сдвинут в область высоких частот в большей мере.
Увеличение доли энергосодержащих вихрей с ростом числа Рг (увеличением относительного шага закрутки труб Я/е) и уменьшение интенсивности турбулентности как за местами касания труб, так и в сквозных каналах, свидетельствует об уменьшении дополнительной турбулизации потока в пучке витых труб. Эти закономерности наблюдаются и при исследовании усредненных характеристик потока (коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления) (39). Отсутствие влияния чисел Рг и Ке на пространственный масштаб турбулентности Е,р)й, (рис.
3,5), характеризующий размер крупных вихрей в направлении потока, свидетельствует, что в качестве масштаба при рассмотрении процессов теплоотдачи в пучке мо)кет приниматься д . Неравномерность величи ны А в поперечном сечении пучка (за местами касания труб он меньше, чем в сквозном канале) позволяет подтвердить результаты спектрального анализа структуры потока в пучке. Оценка вклада турбулентной диффузии по измеренным значе- вз Здп СТРУКТУРА НЕСТАЦИОНАРНОГО ПОТОКА ПРИ НАГРЕВЕ И ОХЛАЖДЕНИи В связи с полным отсутствием каких-либо данных пт структуре нестационарного потока в пучках витых труб в нас тоящем разделе кратко остановимся на структуре нестацио парных турбулентных потоков в трубах. Обзор состоянит вопроса изложен в работе [26[.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
