Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Ашмантас Л.-В.А. - Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб (1062122), страница 19
Текст из файла (страница 19)
При этом использовались различные теплоносители: воздух, вода, жидкие металлы и их композиции (табл. 4.1) . При обобщении опытных данных по перемешиванию полагалось, что использованные различные методы исследования и род теплоносителя не влияют на численные значения коэффициента д, а следовательно, и коэффициента К, который рассчитывался по (4.10), Геометрические параметры рассмотренных пучков оребренных стержней, опытные значения коэффициента р, а также результаты расчета определяющих критериев, входящих в (4.11), и коэффициента К представлены в табл.
4,1. При обобщении данных по перемешиванию использовались средние значения коэффициента д для диапазонов чисел Рейнольдса, охваченных опытами [17, 18, 42, 48 — 50, 55, 56]. Это объясняется тем, что в большинстве случаев эксперименты проводились либо при числах Ве ) 104, либо средние значения Ве, при которых брались р, превышали Ве = 10".
Этим можно объяснить отсутствие влияния числа Ве на р в большинстве рассмотренных работ. Опыты, проведенные в пучках витых труб [39], также показали, что при Ве > 10' коэффициент К практически не зависит от числа Ве, а влияние числа Ве на коэффициент К при Ве < 104 является слабым. При Ве < 10' коэффициент К в пучках витых труб увеличивается с уменьшением числа Ве в соответствии с зависимостью [13] К = 3,1623[0,136Угмол'4 + 10Рг 444 (т — 0 46)] Ве д1м (4.12) 95 Номер пучка 3 4 Параметр 1 2 Ма — К Ма — К Теплоиоси- Ма тель Шаг навив- 100 ки,б, мм 6 бст, мм 9,84 У/ бег 10,2 бз, мм 3,96 3/б~ 25,3 Р'м=б'/(бе~ ~з) 253 т = Рп/Рг.
0,476 Длина пуч. 1000 ка/, мм р мм /е, «см К Воздух 96 144 200 300 100 6 9,84 20,3 3,96 50,5 1025 0,476 1000 6 8 12,5 2,58 38,8 485 0,36 660 19 21 4,57 3,63 26,7 122 0,28 745 19 21 6,86 3,63 40 274 0,28 745 9,84 30,5 3,96 75,8 2310 0,476 1000 7,92 0,108 0,041 20 0,025 0,036 20 0,01' 0,02 7,92 0,053 0,020 7,92 0,032 0,012 7,02 0,067 0,023 о м е О ч О Ф о ч о м о о "о о о о 19 19 еч 61 Число стерж- ней хи,п/бст //бст 61 61 18,1 102 21,8 35,4 17,6 35,4 22,4 82,5 21,6 21,08 102 102 Продолжение таблицы 4,1 Номер пучка Параметр 9 10 12 Ма — К Ма — К Ма — К Ма — К Ма — К Теплоноситель Шаг навивки 3, мм бц, мм Ма — К 144 96 375 192 144 19 19 19 19 16 16,5 95 Таблица 4.1 Исходные геометрические размеры пучков оребренных стержней, опытные данные по коэффициенту перемешиванин (пучки М-' 1 ...
3 [48], Ме 4 [49], М 5, Ме 6 [17], РР 7 [18], Ме 8 „. 13 [42], МУ 14 [50], Ме 15 [55], М-' Ц6 „, 19 [56] ) Продолжение таблицы 4.1 Номер пучка 9 10 11 12 Параметр 7 /ст, мм 33,8 с/'/ст 4,26 /, мм 12,2 у/'э 11,8 стм у /О/ст-'/э/ ю = Рп/РЗ 0,494 Длина пучка 745 /, мм р, мм р, 1/см К 25,5 3,76 8,47 11,3 42,6 0,39 1000 25,5 5,65 8,47 17 96 0,39 1000 25,5 21,9 21,9 7,53 8,77 17,12 8,47 7,45 7,68 22,7 25,8 48,8 171 226 836 0,39 0,39 0,39 1000 1824 701 18,96 19,55 0,047 0,024 0,044 0„023 22,23 0,048 . 0,055 'Ь 22,23 0,055 0,063 22,23 0,092 0,105 сг в 26,4 0„073 0,103 ч О ч О ( сг СР и и е Число стерж- 19 ней хн ПИст 10,4 //'/ст 22 19 19 37 37 20 21,1 21,5 39 Яа 32 9,1 39 15,8 39 Продолжение таблицы 4.1 Номер пучка Параметр 16 17 18 19 13 14 ! 15 Н О 255 н о 450 Ха — К 100 НгП 300 н о 300 Н О 450 575 7,02 7,3 7,68 23,94 23,94 23,94 24,4 0,076 0,03 0,034 0,027 0,017 0,0133 0,0063 0,025 0,0102 0,0102 0,036 0,023 0,018 0,009 Теплоиоситель Шаг навивки Я, мм Ыц, мм Дст мм 3/ Кот ~э г ртм у /(~сг"/э) "' — ел/с Е Длина пучка /, мм р мм /г, 1/см К 6,1 7,93 12,6 2,41 41,5 523 0,326 1000 5,84 8,76 34,3 3,2 93,8 3210 0,41 1450 6,3 9,07 28,1 3,35 76,1 2140 0,41 1796 21 26,9 11,2 8,3 36,3 405 0,39 800 21 26,9 16,74 8,3 54,4 911 0,39 800 21 26,9 21,4 В,З 69,5 1487 0,39 800 23 25,8 17,5 5,64 79,8 1394 0,27 800 Продолжение таблицы 4.1 Номер пучка Параметр 13 14 15 16 17 18 19 О С4 ~о" сз ~о ° ~ о сч сз е Ю ч О Число стержней 37 217 91 7 7 7 7 "н п1"ст 22,3 16,9 18,5 22,3 21,3 19,7 20,1 1/Ист 126 165 198 29,8 29,8 29,8 31 Для оценки длины начального участка в пучках оребренных стержней при исследовании процесса перемешивания использовалась формула, полученная в работе [13]: хнл/дст = 12,2а ' Ргм"", (4.13) где а = 0,074б + 11,37Гг ' + 246Рг (4.14) Результаты расчета по (4.13) представлены в табл.
4.1, где приведены также относительные длины рассмотренных пучков 1/д Таблица 4 2 Опытные значения коэффициентов перемешивания в пучках витых труб (пучки 33 1 ... 3 [9. 16] 1Е 4 ... 8 [39], теплоноситель-воздух) Номер пучка Парам ет 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Пористость пуч.- ка т 0,544 0,539 0,527 0,477 0,492 0,496 0,51 0,51 0,49 Ртм 63,5 232 1050 1080 236 65 57 222 222 К 0,10 0,053 0,03 0,025 0,043 0,087 0,083 0,063 0,037 Видно, что !/аст х хнп/Н„т для всех пучков. Следовательно, можно предположить, что коэффициент К будет зависеть в основном только от числа Рг и пористости пучка по теплоносителю ~п, т.е. К = К (Р'гм, ), 98 000 0,0В 00Б Б, ВБ 004 о<„ ч +0 Фт Е ББ В 001 2 В Ф ББ В 101 2 Ввя а Рнс. 4.1.
Зависимость аффективного козффиднента турбулентной диффузии от крите. рия Ргм и пористости пучка по теплоноснтелю (а) и от пористости т при различных числах Ргм (б): о, е, °, ч — опытные данные работ [48, 49, 17, 18] соответственно для т = 0,476, 0,36, 0,28, 0,494; *, ь — опытные данные [42] для т = 0,39 и 0,326 соответственно; — опытные данные [50, 55] для т 0,41; +, <( — опытные данные [56] для и = 0,39 и 0,27 соответственно; о, ° — опытные данные для т = 0,527 0,544 работ [39, 9, 16] и для м = 0,477 ... 0,496 работы [39] соответственно; 1 зависимость (4.15) 0 1О 000 000 ЯВБ 004 99 Тогда опытные данные, представленные в табл. 4.1, могут быть обобще- 001 ны критериальной зависимостью 02 00 044БОБ 6В лт 0 К 1 902ЕГ-еБзл1~0вь (4 15) На рис.
4.1, а в координатах К = 7 (Ггм) наблюдается расслоение опытных данных по пористости 1п, а на рис. 4.1, б— по числу Рг, т.е. с ростом т коэффициент К растет, а с увеличением числа Егм — уменьшается. Если опытные данные сравнить с (4.15) в виде К* = К1л 'еа' = 7'(Ггм), то, как следует из рассмотрения рис.
4.2, все опытные точки хорошо группируются около линии, отражающей формулу (4.15) . еуу вгдт 2 у чуя ви' г ггг„ Рнс. 4.2. Сравнение критериальной зависимости для эффективного коэффициента турбулентной диффузии с опытными данными для пучков оребренных стержней и пучков "витых труб (обозначения те же, что на рис. 4.1) Таким образом, формула (4.15) позволяет в диапазоне чисел Рг = 43 ... 3300 и >л > 0,27 рассчитать коэффициент К, необходимый для замыкания системы уравнений (1.8) (1.11) при использовании гомогенизироваяной модели течения для определения полей температур теплоносителя в пучках оребренных стержней при неравномерном поле энерговыделения в поперечном сечении пучка, С зависимостью (4.15) хорошо также согласуются опытные данные по коэффициентам К для пучков витых труб овального профиля, экспериментально определенным при Ке ) 104 [39„9, 16[ (см, рис.
4.1, 4.2). Определяющие критерии подобия и значения коэффициента К работ [39,'9, 16[ представлены в табл. 4.2. Следовательно, на участке автомодельности коэффициента К по числу Рейяольдса (Ке ) 104 ) единой критериальной зависимостью (4.15) удалось описать процесс межканального перемешивания и в пучках оребренных стрежней, и в пучках витых труб овального профиля.
Это свидетельствует об 02[инаковом механизме процессов тепломассообмена в таких пучках. Опытные данные по коэффициенту К для пучков витых труб получены методом диффузии тепла от системы линейных источников, основанном на зйлеровом описании турбулентного течения [39, 9, 16[. Согласно этому методу при неравномерном поле тепловыделения в выходном сечении пучка срав. ниваются экспериментально измеренные и теоретически рассчитанные путем решения системы уравнений (1,8) ... (1.11) 100 к„;к, ад п,в дав а,п пав а,ае аг ааг аагв а1п аь' пв г г и гахн ПП В1аг г е и газ Рис. 4.3. Влияние числа Фгм на характеристики тепломассопереноса в пучках витых труб: 1 — кривая изменения среднестатистического отклонения распределений температур в функции преобразованной продольной координаты, обобпьаапцая опытные данные работы (58] ( °, о — опытные данные работы (58) для Ргм — — 314 н для Ргм — — 1530; 2 ...
7 — зависимости (4.24), (4.17), (4.16), (4.19), (4.20), (4.25) соответственно с граничными условиями (1.12) ... (1.14) поля температур и определяются наиболее достоверные значения коэффициента К, При этом в случае Ее ( 10' может быть рекомендована зависимосттс К = 6 015гг-опзтьоьь Ке оагь (4.16) Эта зависимость на рис. 4.3 сравнивается при числе Ве = 8 Х Х 10' и т = 0,475 с выражением: Кл = 0,0356(1+ 8,1Ргмопть ) (4.17) полученным методом диффузии тепла, основанном на статистическом лагранжевом описании турбулентного поля при изучении истории движения индивидуальных частиц, непрерывно испускаемых точечным источником [39).
Видно, что если при малых числах гг отличие Кз от Кл небольшое, то с ростом ггм различие между этими коэффициентами увеличивается. Если, следуя (13), принять, что (4.18) Кл ьл 101 то в интервале чисел Рг = 50 ... 1500 получим для отношений пространственных масштабов турбулентности связь Аэ — = 3,338Ргмо эо'. (4.19) ьл Ранее, в работе [13), было получено уравнение подобия для коэффициента К, (4.12), справедливое для более узкого диапазона чисел Рг = 55 ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
