Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Ашмантас Л.-В.А. - Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб (1062122), страница 31
Текст из файла (страница 31)
8,8 10' можно рекомендовать для расчета эффективного времени, учитывающего время те. предшествующее началу резкого увеличения мощности тепловой нагрузки, и производную (дМ/дт)м, следующую формулу: т фф= (т — те) [а+5( 3 )м)' (5.57) где т — реальное время, отсчитанное от начала пуска или изме- 150 нения теплового режима работы аппарата, а = 0,043, Ь = 0,263 с/кВт. При использовании времени т ~Ф в качестве определяющего параметра модифицированный критерий Фурье будет иметь вид ат Ль(т — то) дл Ео„= — '-,ФФ вЂ” =, (а + д ( — ) „). (5.56) вк сррь'тк При этом в критерий Ром входят реальные физические параметры, которые определяются из эксперимента. Если представить полученные опытные данные в виде связи к = = к (Гом), (5.59) «кс тогда относительный коэффициент перемешивания в диапазо- не изменения параметров режима, охваченном эксперимен- тами, можно описать интерполяционной зависимостью: к = 0,307 ° 10 4Уо ' — 0,226 10 т Ро '+ 0,91, (5.60) которая представлена на рис.
5.13, где она сопоставляется с опытными данными, причем значения Кк рассчитывались по формулам (4.15), (4.16). Необходимо отметить, что при величине (дМ/дт) > 3,64 (5.61) т ФФ = т — то, Ль (т — то ) Го м т срРЬ к (5.62) !61 В случае если программа запуска теплообменного аппарата позволяет реализовать условия те = 0 и (дМ/дт) м > 3,64, то эффективное время становится равным реальному времени с начала запУска: т,4кь — — т, а Ро = Род. Как видно из рис. 5.13, зависимость (5.60) хорошо описывает также опытные данные для чисел Вез — — 1,36.10ч и 1,75 ° 104, (дЛ'/дт ).
= 7,2кВт/сит = 1с. Зависимость (5.43) может быть также использована для расчета К„, но только для значений (дМ/дт)„, = (3,64 ... ... 7,2) кВт/с и то = (1 ... 1,5) с. Выражение (5.43) заметно расходится с опытными данными, представленными в данном разделе (см. рнс. 5.13), и носит ограниченный характер. Таким образом, выполненные исследования позволили путем изучения локально-усредненных характеристик потока, какими являются нестационарные поля температур теплоносителя, и интегральной характеристики, характеризующей пере- косные свойства потока К„, показать, что изменение во времени этих характеристик при постоянном расходе теплоносителя связано с влиянием нестационарных граничных условий при изменении мощности тепловой нагрузки. Наблюдаемая в опытах данной серии перестройка температурных полей и значительная интенсификация тепломассопереноса в пучке витых труб в первые моменты времени при увеличении мощности тепловой нагрузки может быть так же, как в разд.
5.2, объяснена изменением турбулентной структуры потока при нестационарном разогреве пучка. Рассмотрим влияние на нестационарное перемешивание теплоносителя различных механизмов переноса, действующих в пучках витых труб: турбулентного переноса, конвективного переноса в масштабе ячейки и организованного переноса в масштабе диаметра пучка. Известно, что организованный и конвективный переносы зависят от числа Рг и не могут быть первопричиной интенсификации тепломассопереноса при нестационарном разогреве пучка. Видимо, нестационарные граничные условия теплообмена при увеличении мощности нагрузки приводят к турбулизации пристенного слоя и к усилению обмена между ним и ядром потока, т.е. нагрев стенки увеличивает порождение турбулентности в пристенном слое.
Этот процесс может отразиться на увеличении вихревого обмена в ячейке пучка и между ячейками вследствие конвективного переноса. Следовательно, наблюдаемая перестройка нестационарных температурных полей теплоносителя может быть связана прежде всего с интенсификацией обмена порциями жидкости между пристенным слоем и ядром потока в ячейке, а организованный перенос жидкости по винтовым каналам витых труб является производным процессом при нестационарном тепломассообмене. Подтверждением гипотезы о турбулизации пристенного слоя при нестационарном протекании процесса с разогревом пучка может явиться также автомодельность коэффициента к по числам Ке даже в области достаточно малых чисел Ве = З,б ° 10~ (см.
рис. 5.13) . Предложенный метод обобщения опытных данных по нестационарному коэффициенту перемешивания и полученная расчетная формула могут быть использованы для замыкания системы дифференциальных уравнений, описывающей течение и теплообмен в таких аппаратах в гомогенизированной постановке, и расширяют возможности моделирования процессов нестационарного перемешивания. 162 ЕАЧ НЕСТАЦИОНАРНЫЙ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС В ПУЧКАХ ВИТЫХ ТРУБ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЧИСЛАХ Й ОБОБЩЕНИЕ ОПЫТНЫХ ДАННЫХ ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ Опытные данные по нестационарному эффективному коэффициенту турбулентной диффузии К„, представленные в разд. 5.2, 5.3, были обобщены зависимостью (5.60). Зависимость (5.60) может быть использована для расчета относительного коэффициента к = К /К при увеличении тепловой нагрузки в пучках витых труб с чйслом Рг = 220 (3/д = 12) при числах Ве = 3,5 ° 10' ...
1,75 - 104, т„= 1 ... 6 с, (д/т'/дт) — (0,615 ... 7,2) кВт/с. Измерение температурных полей тейлоносителя в этом пучке для различных моментов времени показало, что рассмотренный тип нестационарности влияет на коэффициент 4 в первые моменты времени из-за изменения во времени граничных условий, связанного с изменением мощности тепловой нагрузки Ж = Ф(т). Это подтверждает гипотезу, что при нестационарном разогреве пучка происходит изменение турбулентной структуры потока, приводящее к перестройке температурных полей в пучке и росту к в первые моменты времени.
Этот механизм интенсификации нестацирнарного тепломассопереноса при изменении тепловой нагрузки будет определяющим, по всей вероятности, и в пучках витых труб с другими числами Рг„,. Поскольку наиболее благопрятными теплогидравлическими характеристиками обладают пучки витых труб в диапазоне изменения чисел г'г,„= 57 ... ...
220, рассмотрим влияние различных параметров режима на закономерности нестационарного тепломассопереноса в пучке витых труб с числом ггм — — 57 (Я/д = 6,1) при увеличении мощности тепловой нагрузки в той же последовательности, как это было сделано для пучка с г' г = 220. Исследование нестационарных температурных полей теплоносителя в пучке с Рг = 57 и определение коэффициента к было выполнено в диайазоне изменения чисел Ке = 5,1 10В ... ... 1,25 10 при (дМ/дт) = (0,115 ...
1,212) кВт/с и т = 0 ... 6,5 с при быстром й медленном выходе тепловой нагрузки на стационарный режим работы. Кроме того, исследовался важный практически вопрос о влиянии перехода теплообменника с одного на другой режим работы с более высоким уровнем тепловой нагрузки на коэффициент К„, используемый при расчете нестационарных температурных полей в пучках витых труб. Исследование нестационарного тепломассообмена в пучке 16з с Гт = 57 проводилось на той же экспериментальной установке, что и в пучке с Рг = 220, используя метод нагрева электрическим током центральной группы из 37 витых труб пучка.
Поля температур измерялись в выходном сечении пучка хромель-алюмелевыми термопарами с диаметром проволоки 0,1 мм, установленными в фиксированных характерных точках потока. Увеличение мощности тепловой нагрузки во врь мели осуществлялось при постоянном расходе теплоносителя по различным законам,(рис.
5.14, 5.15) . На рис. 5.14 представлены результаты эксперимента при сравнительно резком вы ходе тепловой нагрузки на стационарный режим (в течение м = 15 с) и различных расходах теплоносителя, соответствующих числам Ке = 1,25 ° 10е, 8,9 ° 10', 5,1 ° 10з. Представленные на рис.
5.14 зависимости к = к (г) были получены методом, который описан в равд. 5.2, 5.3 и основан на сопоставлении экспериментальных и теоретически рассчитанных полей температур теплоносителя Т = Т(г, К) в выходном сечении пучка. Видно, что при одинаковых значениях максимального темпа нагрева (д/т/Ът)м = 1,212 кВт/с независимо от числа Рейнольдса коэффициент к в функции времени описывается одной кривой (см.
рис. 5.14), а уменьшение максимального темпа нагрева труб в запуске и сдвиг кривой Л' = )т'(т) от начала запуска установки приводят к сдвигу кривой к = к (т ) в сторону большего времени. Эти результаты качественно полностью совпадают с данными, полученными для пучка с Ртм = д те И тз уг дд уа дд 7а т,т Рис. 6.14. Влияние числа Рейнольдса на коэффициент к при Ртм = 67: 1 ... 8 — изменчение мол~ности тепловой нагрузки во времени при числах Кед = 1,26 10, 8,9 ° 10, 6,1'10 ", 4 ... 6 — изменение к во времени при Кеа = 1,26 10 и (дХ/дт)м — — 1,212 кВт/с, Кед = 8,9 10 и (д/т'/дт)м—- = 1,212 кВт/с; Кед = 6,1" 10 и (дд//дт) м = 0,622 кВт/с соответственно 164 и -у О 10 гО л// Фд я~ й/ 70 РО г,с тм то~ тм Рис.
5.15. Влияние темпа нагрева витых труб на коэффициент к при Ргм — — 57 и Кеь = 5,1'10 1 ... 3~ — изменение мощности тепловой нагрузки во времени при быстром, медленном и ступенчатом нагревах при (3/у/дт) м — — 0,622 нВт/с, 0,115 кВт/с, 0,35 кВт/с соответственно; ч ... 6 — изменение к во вре- мени 220 в равд. 5.2, 5.3 и свидетельствующими об отсутствии влияния числа Ке на к = Ки/К и о влиянии величин га и (д/т/дт) „, на характер изменения этого коэффициента во времени. О влиянии величин (Э/т'/дт) м и ге на коэффициент к в пучке с ггм = 57 можно также судить из рассмотрения рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
