Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Ашмантас Л.-В.А. - Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб (1062122), страница 29
Текст из файла (страница 29)
В то же время закрутка потока в пристенном слое по закону твердого тела [3] может в какой то степени уменьшать рост турбулентности в первые моменты времени. Видимв, этим можно объяснить прохождение коэффициентов Ка н к через, минимум (см. рис. 5.4) до достижения ими квазистационарных значений, что не наблюдалось при исследовании нестационарного теплообмена в каналах.
В целом нагрев стенки увеличивает порождение турбулентности (г < 10 с), что приводит к перестройке поля температур не только в пристенном слое, как принималось в работе [24], но и в ядре потока (см. рис, 5.3). Это является результатом действия всех механизмов переноса, характерных для пучков витых труб, Использование гомогенизированной модели течения в определенной мере влияет на выбор определяемых критериев при обобщении данных по К „, Действительно, при неравномерном поле тепловыделения по радиусу пучка труб сформированное им поле температур теплоносителя частично выравнивается и значения температур Тс, Т„и отношения Тс]Т„изменяются по радиусу пучка.
Это приводит к неопределенности в выборе характерных величин Т, и дТс]дт в выражении для критерия нестационарности [24, 26]: дт, 1. Ль (5.46) дг тс срхрь и ' Определенный, описанным способом коэффициент К„ является средней величиной для поперечного сечения пучка, где производились измерения распределений Т (см. рис.
5.3) в каждый момент времени, в то время как величины а, и, р и другие изменяются по радиусу пучка. Кроме того, при рас. смотрении полей температур в гомогенизированнои постановке масштабом течения является масштаб д„, а не сакэ, которыи 149 бм Убб беб 470 баб ббб ббб б 57 бб бб бб г70 б ббб Рис. 5.5. Поля температуры теплоносителя в выходном сечении пучка витых труб при уменьшении тепловой нагрузки и числа)х Неь = б б7 бб бб обг7г = 3,9'10 Ы и1,75 ° 10 (6); е, о, ь, с — экспериментальные а данные при т = 2, 5, 9, 13 с соответственно; 1 ...
3, 4 ... 6, 7 ... 9, 10 ... 12 — расчетные поля температур при г = 2,5, 9, 13 с соответственно; 1, 4 — при К = 0,02; 2, 5, 7, 10— при К = 0,045; 3, 6, 8, 11 — при К = 0,06; 9, 12 — при К = 0,10 используется при одномерном описании нес тационарного теплообмена в канале. Результаты исследования коэффициента Кн для режимов резкого уменьшения мощности тепловыделения представлены на рис. б.б (а, б) . Как видно из рис. б.б, для этого типа нестационарности наблюдается снижение интенсивности процесса межканального перемепбивания в первые моменты времени по сравнению с квазистационарными условиями работы, что также свидетельствует о влиянии нестационарных граничных условий на структуру потока, приводящем к перестройке полей температуры теплоносителя во времени, и подтверждает 150 1ПОтсэу рабОтЫ [24].
ХарахтЕр ИЗМЕНЕНИЯ Кпэффнцнсита Кв дя этого типа нестационарности совпадает с характером изме,1ения коэффициента и в трубах [24, 26]. Критериальная зависимость для расчета коэффициента в этом случае имеет вид [27]: к = 0,454 10 зт'ОЬг 886, 10-здор + 1,24. (5.47) Опытные данные по коэффициенту Кн для резкого увеличения и уменьшения мощности тепловой нагрузки представлены в табл. 5.1. Таблица 5Л Значении безразмерных эффективных коэффициентов турбуаентной диффузии при нестационарном режиме работы 0,026 0,043 2 4 б 6 8 9 10 12 13 20 30 32 36 0,025 0,03 0,0275 0,04 0,2 0,12б 0,08 0,0575 0,2 0„2 0,078 0,075 0,059 0,0565 0,065 0,057 0,052 0,0585 0,053 0,046 0,06 0,064 0,060 0,065 0,054 0,060 0,0575 151 По аналогии с методами обобщения опытных данных по нестационарному конвективному теплообмену в каналах при турбулентном режиме течения [24] можно полагать, что в об.
щем случае экспериментальные данные по нестационарному коэффициенту перемешивания можно представить в виде следующей критернальной зависимости: Кн = к (КФу, Кт, Кд, Кеп; Те[ Тп), (5.48) а кс где безразмерный параметр Ктз определяется по (5.46) и учитывает изменение турбулентной структуры потока в пристенном слое при изменении температуры стенки и поэтому, как показано в [24], характеризует изменение термического сопротивления между стенкой и потоком в рассматриваемых ус- ловиях.
Параметр (5.46) в пучке должен учитывать влияние как нестационарности на термическое сопротивление между стенкой и потоком в ячейке пучка витых труб, так н терми ческое сопротивление между ячейками. Тогда по аналогии с (5.46) влияние нестационарного изменения температуры по. тока на это сопротивление можно учесть безразмерным пара метром д то,/Ль дть 1 / Ль к4 = — — (ихрьс ) = — — ч» —. дт тл дт ть игрьср' (5.49) При этом учитывается изменение турбулентной структуры потока в ячейке пучка витых труб при изменении ее температуры. В качестве Тл используется среднемассовая температура потока Ть. Изменение температуры Ть и производной дТь/дт представлено на рис. 5.6. Безразмерный параметр лт характеризует влияние песта. ционарной теплопроводности, которая имеет место прн выравнивании вследствие перемешивания температурных неравно.
мерностей между ячейками пучка труб и выражается зависимостью дть а'/ ь фф Тат= ( — ) дт» = о (тык ты,) дть а кср рЬ дт 7 (5.50) дт ° = о Л фф(тык тьте)„= о где аьзфф = лзфф)сррь = Р» = книга, (ть)» = о — температура потока в центре пучка витых труб, т.е. в том месте, где происходит возмущение тепловыделения, (Тьт„" Тьт,) изменение температуры в центре пучка витых труб за время нестационарного процесса. Коэффициент эффективной тепло- т»л »», и »т у г гаа ь и га га т,. а га гр гр Ы а Рис.
8.6. Изменение срелнемассовой температуры в лучке витых труб (а ) и ее производной (о) во времени лри увеличении тепловой нагрузки- 1, 2, 3 — лри числе Ке = 8,9 ° 10; 1,36 ° 10, 1,73 10 соответственно 132 1оводности теплоносителя Хэфф, входящий в (5.50), однозначно связан с коэффициентом В, и определяемым параметром а, поэтому в (5.50) Х,фф можно заменить коэффициентом молекулярной теплопроводности Хь. Тогда входящий в выражение (5.48) параметр Кт выражается зависимостью дть ака РЬ Кт= ( — ) Р (5.51) дт т = О Ь (тЬтк- тЬто)т = О ' которая фактически является производной от безразмерной температуры потока по числу Фурье (5.41) . При течении газов в каналах влияние нестационарной теплопроводности на процессы теплообмена мало (24), так как газы имеют большой коэффициент температуропроводности аь.
Поэтому параметр Кт из зависимости (5.48) можно исключить. Входящий в выражение (5.48) безразмерный параметр дб ак Кп = —— (5.52) дт с.Ь характеризует влияние изменения расхода теплоносителя на процесс нестационарного перемешивания. Если в ходе эксперимента расход сохраняется постоянным, то К6 из (5.48) исключается.
Из изложенного видно, что функциональная зависимость (5.48) учитывает изменение в ходе нестационарного процесса как термического сопротивления между стенкой и потоком теплоносителя в ячейке пучка, так и термического сопротивления между ячейками, если учесть изменение первого термического сопротивления, введя соответствующие поправки во входящий в уравнения (5.1) и (5,2) коэффициент теплоотдачи (используя эмпирическую зависимость): Мак т, = Т(КФ~, Веь, — ), (5.53) 1Чака ' ' тп аналогичную по своему виду приведенной в (24) зависимости для круглой трубы, и определяя дТс)дт методом последовательных приближений, то функциональная зависимость (5.48) упрощается ак тс к = — = к (Кфа, Кеь, —,— ).
(5.54) Кке ТЬ Полученные опытные данные для увеличения мощности по в диапазоне исследованных параметров при отсутствии влияния Ве и Та1 Ть обобщаются зависимостью: 153 х = — = 1+ 4 10'т (КУ~) 8 ко (б.бб) При используемой методике определения Хзфф по измерен. ным полям температур теплоносителя, как видно из (б.2), получаемые значения Хзфф тем больше, чем больше задавав. мые значения коэффициента теплоотдачи а. Поэтому при нс. пользовании квазистационарных значений и полученные по данной методике значения Хэфф и к будут заниженными при увеличении во времени температуры стенки, когда коэффи циент теплоотдачи больше своего квазистационарного значе.
ния, и завышенными при уменьшении во времени температу. ры стенки (а» ( акс) . Однако, как показали соответствующие оценки, при реализуемых в настоящем эксперименте скоростях изменения температуры стенки возможные отклонения Рнс. 5Л. Обобщающая зависимость относительного иестационарного коэффициента турбулентной диффузии от критерия Фурье: о, е, ь — экспериментальные данные при резком увчеличении емощности тепловыделения для чисел Кеа = 8,9 ° 10, 1,36 10, 1,75'10 соответственно; е, +, * — экспериментальные данные пру резком чуменьшеневи мощности тепловыделения для чисел Кеь = 8,9 10, 1,36'10, 1,75'10 1 — зависимость (5.43); 3 — зависимость (5.47) л — х лм Рис. 5.8. Зависимость коэффн.
циента к от критерия Ке при увеличении нагрузки и рЛ личных числах Кеь: 1 — зависимость (5.55), о, о с — экспериментальные данные п(]и Кеэ = 8,9 ' 10 1,36 10, 1,75'10 соответст- венно су 5в 154 нестационарного коэффициента теплоотдачи от своего квази- стационарного значения существенно меньше, чем погрешность его определения, Поэтому при решении систем уравнений (5.1) ... (5.5) использовались квазистационарные значения коэффициента теплоотдачи, а опытные данные по нестационарному коэффициенту перемешивания обобщаются в Виде (5.55).
Эта зависимость сравнивается с опытными данными (см. рис. 5.8) . Видно, что при КРТ = 1,5 10 е ... 2 . 10 4 наблюдается существенное отклонение опытных данных от зависимости (5.55), причем расслоение опытных точек по числам Веь имеет случайный характер, что свидетельствует об отсутствии его влияния на коэффициент к = Кя/Кае. Возможно, такая картина связана с тем, что для получения зависимостей типа (5.53), (5,54) требуется большой объем экспериментальных данных, С другой стороны, зависимости типа (5.42) хорошо описывают результаты опытов (рис. 5.7) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
