Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Ашмантас Л.-В.А. - Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб (1062122), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Е.2, НЕСТАЦИОНАРНОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ ПРИ РЕЗКОМ ИЗМЕНЕНИИ МОЩНОСТИ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ Экспериментальное исследование нестационарного тепле, массопереноса в пучке витых труб с числом гг = 220 прове. дилось на экспериментальной установке, описанной в гл. 2 При этом измерялись поля температур теплоносителя в ме1е, трубном пространстве в ядре потока, что соответствует приня, той модели течения гомогенизированной среды и позволяет, сравнить экспериментальные поля с теоретически рассчитал. ными полями температур и определить нестационарный эф. фективный коэффициент турбулентной диффузии. Измерение полей температур теплоносителя производилось в выходноьь сечении пучка витых труб с помощью гребенки из 10 хромель.
алюмелевых термопар с диаметром проволоки 0,1 мм, уста, новленных в центрах ячеек с координатами Г/Г~ = 0,073, 0,128, 0,193, 0,265, 0,334, 0,408, 0,479, 0,624, 0,770, 0,916.' Характер изменения тепловой мощности и температуры во времени при резком увеличении и уменьшении нагрузки пред ставлен на рис. 5.2 при числах Ве = 8 9 10' и 1,75 104 соот-; ветственно. Экспериментально измеренные поля температуры воздуха в различные моменты времени при резком увеличении мощ, ности тепловыделения (т = 4, 6, 8, 10, 12, 20, 30, 32, 36 с) представлены на рис. 5.3 (а, б, в) для чисел Ве = 8,9 10~,' 1,36 104 и 1,75 104. Увеличение мощности тепловыделения во времени осуществлялось при постоянном расходе теплоносителя. На рис. 5.3 (а, б, в) нанесены для тех же моментов вре. мени теоретически рассчитанные поля температур теплоносителя при различных значениях коэффициентов К = Р,)ий,.
При сопоставлении экспериментальных и теоретических полей температур теплоносителя наблюдается хорошее соответствие этих распределений, но при различных значениях коэффициента К для разных моментов времени. Видно также, что с увеличением времени в интервале т = 0 ... 10 с этот коэффициент уменьшается.
Для определения численных значений коэффициента К для каждого момента времени использовался модифицированный метод наименьших квадратов, В этом случае каждой экспериментальной точке на графиках Т = Т(П К, т) (см:рис. 5.3, а, б, в) приписывается вполне определенное значение коэффиш4ента К в соответствии с нанесенной на них сеткой теоретических кривых и вычисляются квадраты отклонений каждой 144 т„,б 5ОО Р 5РО Р 5 тР 75 РР 15 5Р 55 РР т,с ИМВГ Т„,Р 5ОР Ю РРО ООО О 5 1О 15 1Р 75 ОО 55 РО т;с Рис. 6.2.
Типичное изменение мощности и температуры теплоносителя во времени при резком увеличении мощности нагрузки прн Кеб = 8,9х Х 10 (а) и при резком уменьшении мощности нагрузки при Кеб = 1,76'10 (б): 1 — тепловая мощность; 2 ... 11 — изменение температуры при гаги = 0,073, 0,128, 0,193, 0,266, 0,334, 0,408, 0,479, 0,624, 0,770, 0,916 соответственно 145 ь ь ь ь сс ь ь 146 'о сс:. с с ,.:во в 'сс в -о ~ с-,.'~" э :эссч сс х во ° .оэ ь- сХ ~,.
о~ооо "х - --6 х ээ хооов Хан .сэв -в ь эх., эв, эо, „хоо о сэ ~ оооо 1сс фэ8в1 1сс ЭХО;„Х С1- 6а" й осХ э эвэс х сэ э х Х $в" хэс о с ь ххх ц ааэв о х с „-ь э'св э ~,"х~ эо „ ф со„с '". Хв 1 Х ~ сэ ха " ос-сх оо ~ х с с"ссв д Х~ ссс с с ь Х1~: свХ хьх "сю '. Ы „э э ' ~.у с сс "„1Х $.:..~4 о-э ээ=хо~ - -~ эха~но ~оо эх $~ Ф'сч-в .о4 ь фЯ оовв" х . х .о.. хв х ао;й ь л эвон схэ с;ьаЧьо оох Б ,. сс, о" о"о" Х ьь. $СХ ь в „И 1 ~ х хо„эссэ К э о "'х11 ь-й ~ с~в 1 Э Эаэ'1 ОЭС ~ ~ с'х"" ьа воаэь ~ Йэ 1эаа р.
~с-М хх рнс, 5.4. Изменение мощности тепловыделения, температуры стенки труб и безразмерного ~ффективного . коэффициента турбулентной диффузии во времени: с, °, а — экспериментальные данные по коэффициенту Кн при набросе мощности тепло~ыделенг~я для чиасел Веь = 8,9'10, 1,36'10, 1,75'10 соответственно; 1 ... 3 — из- 477 7ЕЭ бас менение мощности тепловы- а фв и деления при ее выбросе во вре- у и Ы ж м тг мени чисел для Ве = 8,9'10, э 1,36 10, 1,75 10 соответственно; 4 ... 6 — изменение температуры стенки во времени при выбросе модности тепловыделения для чисел Ве7, = 8,9 ' 10, 1,36' 10, 1,75 ' 10 соответственно; 7 — измеанение мощности тепловыделения при ее сбросе для числа Веь = 1,36 10; 8— изменение температуры стенки во времени при сбросе мощности тепловыделения для числа Веэ = 1,36 10; 9 — линия, отражающая зависимость коэффициента Кн от времени точки 5,2 от этих кривых с заданными значениями К.
Затем строится график зависимости / ~ 52 = 7'(К) 7= 1 (5.40) где п — число экспериментальных точек, и определяется минимум функции (5.40), который соответствует максимально достоверному значению К, при котором обеспечивается наилучшее соответствие экспериментальных и теоретических полей температуры теплоносителя. Определенный таким образом нестационарный коэффи-' циент Кн имеет весьма сложную зависимость от времени (рис. 5.4), которая хорошо описывает' все полученные опытные данные для различных чисел Ке. Коэффициент Кн быстрее выходит на квазистационарное значение Кк, чем температуры стенки и теплоносителя (см.
рис. 5.4) . Характер изменения Кн в начальные моменты времени качественно совпадает с характером изменения нестационарного коэффициента теплоотдачи в круглых трубах [24, 26) для такого же типа нестационарности, который также быстрее выходит на квазистационарное значение, чем температуры стенки и теплоносителя. Это позволяет предположить, что на нестационарное перемешивание в 147 пучках витых труб первоначально оказывают влияние в основ. ном те же механизмы переноса, что и на нестационарный коэффициент теплоотдачи в каналах, Однако в пучке труб влияния числа Ке в диапазоне (8,9 ...
... 17,5) 10' и температурного фактора (Т,[Тн),„= 1 ... 1,37 на коэффициент К„не наблюдается (см. рис. 5.4) . Коэффициент К„характеризует изменение полей темпера. туры теплоносителя в ядре потока в масштабе диаметра пучка витых труб при решении задачи нестационарного теплообмена в гомогенизированной постановке для неравномерного поля тепловыделения по радиусу пучка, и для обобщения нестационарного коэффициента К„может быть использован критерий Фурье (тепловой гомохронности), характеризующий связь между скоростью изменения поля температур теплоносителя, его физическими свойствами ..и размерами рассматриваемой области течения ат ЛЬт ~'оЬ =' —, (5.41) '1к грРЬик а из эксперимента определена функциональная связь Кн1Ккс к (тоь).
(5.42) Оказалос11 что все полученные опытные данные по К„при резком увеличении мощности тепловыделения и постоянном расходе теплоносителя, представленные на рис. 5.4 в виде связи (5.42), хорошо описываются интерполяционной зависимостью [27, 28) 081. 10-4роь~ 0,978 10 'Еоь~ + 1 21 (5 43) или К„= Кк (0,81 10 4 РоЬ' -0,978 10 'Роь'+1,21), (5.44) где Ккс — квазистационарные значения коэффициента К, определяемые зависимостями, полученными в гл. 4. Таким образом, изменение во времени коэффициента К„и к = Кн/Ккс (см. рис.
5.4) можно объяснить прежде всего изменением турбулентной структуры потока при нестационар- ном разогреве пучка витых труб, приводящей к перестройке температурных полей теплоносителя. Действием этого механиз- ма переноса были объяснены также особенности нестационар- ногд теплообмена в каналах, исследованные в работах [24, 26[. Учитывая, что между коэффициентом теплоотдачи а и темпе.
ратурным полем в потоке существует связь Л (а т1а.), й— (5.45) тс- <~ритор~ 1рьтр) ' 148 „„лученные результаты можно рассматривать как подтвержение гипотезы, выдвинутой в работе [24], о влиянии песта „непарных граничных условий на структуру потока. Другие 1еханизмы переноса, действующие на коэффициент К„[39, 16 13] в меньшей мере зависят от нестационарных граничных условии. Так, организованный перенос теплоносителя по винтовым каналам витых труб определяется относительным шагом закрутки труб Я/ е' и практически не зависит от параметров нестационарности, однако совместно с конвективным переносом в масштабе ячейки, обусловленным вихревым обменом в поперечном сечении между пристенным слоем и яд ром потова, он интенсифицирует процесс выравнивания иеран номерности поля температур.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
