Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Ашмантас Л.-В.А. - Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб (1062122), страница 32
Текст из файла (страница 32)
5.15, где представлены результаты исследования нестационарного перемешивания в пучке витых труб с гг = 57, полученные при фиксированном числе Ве = 5,1 ° 10, но в бо- з лее широком диапазоне изменения величин т, и (ЭЖ/дт) „,. Видно, что при медленном выходе на режим тепловой нагрузки (кривая Л/ = /т (т) ) при (ЭЛ//дг) = 0,115 кВт/с также наблюдается существенное влияние рассматриваемого типа нестационарности на величину коэффициента к, а следователь. но, и на Ки, используемого для замыкания системы уравне. ний, описывающих течение в пучке витых труб.
При этом выход мощности тепловой нагрузки и коэффициента к на свои квазистационарные значения и при большом и малом значе. ниях производной (ЭЯ/дт) „, происходит во много раз быстрее (см. рис. 5.15), чем выход на квазистационарные значения температуры теплоносителя в фиксированных точках потока на выходе из пучка (рис.
5. 16) . В .случае перехода теплообменного аппарата с пучком ви. тых труб с одного режима работы на другой режим с более высоким уровнем мощности тепловой нагрузки (см. рис. 5.15) также наблюдается влияние нестационарности процесса на зна чение коэффициента к, несмотря на то, что характер измене ния температурных полей теплоносителя в этом случае нз является столь резким (рис.
5.17), чем характер изменения ~55 па гуа 0 20 40 00 00 100 гг0 м0 п0 100 гоо гго гЧ0 т,с Рис. 5.16. Изменение температуры теплоносителя во времени прн резком и медленном выходе мощности нагрузки на стационарный режим при Кеь — — 5,1'10 1 ... 7 — изменение температуры для резкого выхода на режим, при (ау/ат)м =- 0,622 кВт/с прн г/гк = 0,073; 0,193, 0,334, 0,479, 0,624, 0,770, 0,916 соответственно; 8 ... 14 — то же лля медленного выхода на режим при (аг//аг) м = 0,115 кВт/с Ч!0 Л0 100 0 10 г0 00 ч0 00 00 10 ; г Рис.
5.17. Изменение температуры теплоносителя во времени при переходе с одного рииима работы аппарата на режим большей мощности при Кеь = 5,1'10 и (аЯ/зт)м = 0,35 кВт/с: 1 ... 7 — для г/гк = 0,073, 0,193, 0,334, 0,479, 0,624, 0,770, 0,916 соответ- ственно температур при запуске аппарата начиная с нулевой мощности (см. рис. 6.16) . Полученные для пучка с гт = 67 результаты по нестационарному тепломассопереносу свидетельствуют о том, что на нестационарный эффективный коэффициент турбулентной диффузии в этом случае влияют те же факторы„что и в случае 166 пучка с Гг = 220.
Тогда опытные данные по коэффициенту к для пучка с Гг м = 57 можно обобщить критериальной зависимостью, что и в случае пучка с Гг = 220, а при расчете критерия Фурье Гом, характеризующего связь между скоростью изменения поля температур теплоносителя, его физическими свойствами и размерами рассматриваемой области течения и учитывающего влияние величин г„и (д/у/дт) м на нестационарный процесс тепломассопереноса в пучке, использовать формулу (5.58). При такой обработке результаты исследования для быстрого, медленного и ступенчатого изменения мощности тепловой нагрузки в пучке с Гг = 57 можно обобщить единой интерполяционной зависимостью (рис. 5.18): к = 0,114 10 "Гом — 0,1053-10 Го '+ 1,024.
(5.63) Полученная формула свидетельствует об одинаковом механизме воздействия нестационарных граничных условий на процесс тепломассообмена в пучке витых труб независимо от числа Гг . Действительно, производная по времени мощности тепловой нагрузки дЛ~/дг связана с производной для температуры стенки д Т,/дт, входящей в безразмерный параметр, определяемый выражением (5.46) и учитывающий изменение турбулентной структуры потока в пристенном слое при изменении температуры стенки труб. Поэтому действие величины (д/У/дг)м на коэффициент а должно быть независимым от шага закрутки витых труб, или числа Гг . В то же время с уменьшением числа Гг (или о/И) интейсивность закрутки потока в пучке возрастает, а рост закрутки потока увеличивает уровень турбулентности прежде всего в пристенном слое, интенсифицируя обменные процессы между пристенным слоем и ядром потока. Кроме того, увеличиваются конвективный перенос между соседними ячейками пучка и организованный перенос массы теплоносителя по винтовым каналам труб в межтрубном пространстве.
Эти обменные процессы в пучке витых труб должны ускорять процесс выравнивания температурных неравномерностей в потоке при уменьшении числа Гг и при нестационарном протекании тепломассообмен ных процессов. Поэтому при одинаковой структуре формул (5.63) и (5.60) для пучков с Гг =- 57 и 220 и идентичной качественной зависимости коэффициента к от числа Фурье Го количественно результаты расчета по (5.63) и (5.60) отличаются при одном и том же числе Гом (рис. 5.18, 5.19) . При этом для пучка с числом Ггм = 57 значения коэффициента к в первые моменты времени существенно меньше, чем значения коэффициента к для пучка с Гг = 220. При Гг = 10 ' 167 йб 7,5 К= — а г Гн йб 1,5 5,7 15 иб и и,б 5И /ИИ 158 7ИИ Я-„ ' И 1,5 7,5/д„ /И' И 58 1ИИ 15И Гг -51 Рнс.
5.18. Зависимость коэффициента к от числа Ргм. +, о, °, х, ь — опытные данные для Ргм = 57 при числах Кед = 1,25 ' 10, (аа'/дТ) м = 1,212 кВт/с, Кед = 8,9 10, (дд//дт) м = 1,212 кВт/с, Кед = д = 5,1 ° 10, (дд//дт) и = 0,622 КВт/С, Ксд = 5,1 10, (а/Г/дт) = 0,115, Кед = 5,1 10, (дд//ат) м = 0,35 кВт/с соответственно; 1 — зависимость для Ргм = 220 (5.60); 2 — зависимость для Ргм = 57 (5.63) Рис. 5.19. Влияние числа Ргм на нестационарный относительный коэф- фициент турбулентной диффузии: 1 ... 5 — зависимость коэффициента к от числа Ргм для значений Ром = = 0,25 10; 0,3 10, 0,4 10, 0,6 10, 10 соответственноэ; 6 ...
10 — зависимость Ьк = ~(Ргм — 57) для чисел Рум = 0,25 '10, 0,3х х10,0,4 10,0,6 10,10 значения коэффициента я для этих пучков становятся практически идентичными в связи с выходом на квазистационарный режим (к = 1). Таким образом, в пучке витых труб с Рг = 57 быстрее проходит процесс выравнивания температурных неравномерностей, обусловленных нестационарным разогревом пучка, и уменьшается время выхода на квазистационарный режим работы.
Если сравнить результаты расчета коэффициента к по формулам (5.68) и (5.60) для чисел Ргм = 57 и 220 в области чисел Фурье Ром < 10 ' (см. рис. 5.18), то можно построить графики зависимости к = ДРг ) для фиксированных значений Ром (см. рис. 5.19), приняв, что в интервале изменения чисел Рг = 57 ... 220 имеет место линейная зависимость коэффициента к от числа Ргм.
При этом допущении можно определить 158 где Ьк = ((Рг, Ро ). (5.65) Зависимость (5 65) может быть представлена в виде функции Ьк = В (Ргм — 57), (5.66) где величина В определяется как тангенс угла наклона кривой (5.66) для каждого значения критерия Ром (см. рис. 5.19). Если найти интерполяционную зависимость для величины В = = В (Ро ), используя результаты расчета по формулам (5.63), (5.60), представленные на рис. 5.19, то она будет иметь вид: В = (45,4 10~Рогм — 18,88 ° 104Ром+ 245) '.
(5.67) Тогда зависимость (5.66) будет выражена следующим обра- зом: Ртм — 57 45,4'10 Ром 18 88 10 ьом+ 245 (5.68) Ьк а вместо выражения (5.64) будем иметь к = (0,114 10" 4 Ро г 0 1053, 10-4 Ромг + 1 024) + Рг — 57 + м 45,4 10 Ром 18 88'10 Ром+245 (5.69) Расчет коэффициента к для Рг = 220 по формуле (5.69) дает отличие от расчета по (5.60), йе превышающее 8% в интервале чисел Ром = (0,25 ... 1) 10 '.
При Рг = 57 выражение (5.69) становится идентичным зависимости (5.63) . Выполненное обобщение опытных данных по нестационарному тепломассопереносу в пучках витых труб с числами Ргм = 57 ., 220 и Ром = (0,25 ... 1) 10 ', базирующееся на физийески обоснованной картине процесса, позволило предложить критериальную зависимость, которая может быть использована для замыкания системы дифференциальных уравнений, описывающих течение гомогенизированной среды и позволяющих рассчитать нестационарные температурные поля теплоносителя и витых труб.
Результаты экспериментального исследования полей темпе- 169 величину коэффициента к для любого числа Рг в указанном диапазоне Рг = 57 ... 220 с помощью связи , = (0,114. ) 0-4 Ро-„' — 0„1053 ° 10-' Ро-'+ 1,024)+ Дк, (5.64) ратур теплоносителя в пучках витых труб с числами Рг = 57 и 220 хорошо совпадают с расчетными полями, определен ными из решения системы уравнений (5.17) ... (5.21), что является экспериментальным обоснованием принятой модели течения гомогенизированной среды, ее математического опи.
сания и метода расчета. 5.5. ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ УМЕНЬШЕНИИ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ Опытные данные по эффективному коэффициенту диффузии К„, представленные в разд. 5.2, относятся к пучку витых труб с числом Рг = 220 и были получены при резком уменьшении мощности тепловой нагрузки от номинального значения до нуля. При этом максимальное значение производной мощности по временисоставляло (дГТ"!дт) = 7,5 10 КВТ/с, а выявленное уменьшение коэффициента по сравнению с его квазистационарным значением в первые моменты времени по характеру было аналогично изменению коэффициента тепло- отдачи в круглых трубах для такого же типа нестационарности.
В данном разделе ранее представленные результаты сопоставляются с экспериментальными результатами по коэффициенту К„, полученными для пучков с числом Рг = 57 при небольших темпах выхода на режим (дА!/дг),„= 1,075 ... 1,875. Уменьшение темпов охлаждения стенки (уменьшение производной мощности тепловой нагрузки по времени) в этой серии экспериментов удалось обеспечить путем ступенчатого охлаждения, т.е. перехода с одного режима работы пучка витых труб на другой режим с меньшей мощностью тепловой нагрузки (рис. 5.20) .
Кроме того, работа теплообменных устройств в условиях перехода с одного на другой режим работы представляет и самостоятельный интерес. На рис. 5.20 представлено изменение во времени мощности тепловой нагрузки для режимов работы пучка с числами Рейнольдса Ке = 1,25 ° 10», 8,9 10', 5,1 10», а также изменение температуры теплоносителя для числа Ве = 1,25 ° 104 в характерных точках ядра потока с теми же координатами, что и в случае пучка витых труб с Рг = 220 (разд. 5.2), при неравномерном поле тепловыделения в поперечном сечении пучка (подводе электрической мощности к центральным 37 трубам из 127) . Видно, что если мощность нагрева стабилизируется примерно за 16 с, то температура теплоносителя выходит на новый стационарный уровень в каждой точке потока практически при т = 60 ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
