Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Ашмантас Л.-В.А. - Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб (1062122), страница 33
Текст из файла (страница 33)
76 с. !70 т,к ща т,в 400 44а Р,свг 17 470 410 07 «аа 170 Рва 000 7 ла 700 0 070 0,70 40 БР 00 т,с 0 07 г7с Рис. 5.20. Изменение мощности тепловой нагрузки и температуры теплоносителя во времени при переходе на другой режим работы меньшей мощности: 1 ... 3 — изменение мощности при числах Ке = 1,25 10, 8,9 10, 5,1х 4, Э "'з х 10 соответствешчсо; 4 ... 13 — изменение температуры теплоносителя для Ке = 1,25'10, при г/гк = 0,073, 0,128, 0,193, 0,265, 0,334, 0,408, 0,479, 0,624, 0,770, 0,916 соответственно Рис. 5.21. Поля температур теплоносителя в выходном сечении пучка при числе Ке = 1,25 10 с, т, с, е, + — экспериментальные данные при т = 4, 8, 12, 16, 32 с соответственно; 1 ...
15 — расчетные поля температур; 1, 4, 7, 10, 13 — при К = 0,03; 2, 5, 8, 11, 14 — при К = 0,06; 3, 6, 9, 12, 15 †п К = 0,075 171 Для определения эффективного коэффициента диффузии К„экспериментально измеренные поля температур теплоносителя (см. рис. 5.20) сопоставляются с теоретически рассчитанными полями температур методом, изложенным в разд. 5.2 (рис. 5.21) для различных моментов времени и коэффициентов Ки. Поля температур Т = Т (г/г„, т, К), представленные на рис. 5.21, свидетельствуют об уменьшении в первые моменты г,к О по " к„ бо О,пд ов О,пт 46 5!о П Од О Гп Вп дп т,в о ов 16 56 г.п го и' Рис.
5.22. Изменение среднемассовой температуры и коэффициента Кц во времени при уменьшении тепловой нагрузки длн Рт, = 57: 1 ... 3 — изменение среднемассовой температуры прн Ке = 1,25 10»; 8,9'10; 5,1 10; 4 ... 6 — изл»енение коэффидиента Кн пРи Ке = 1,25Х з . з, Х 10, 8,9 10 „5,1'10 Рис. 5.23. Зависимость коэффициента к от числа Фурье при уменьшении тепловой нагрузки: 1 — зависимость (5.47); 2 — зависимость (5.72), », +, » — опытные данные длн пучка» с Ргм = 220 при Ке = 8,9 10 и (д)у/дт)м — — 7,5 кВт/с, Ке = 1,36 ° 10 и (дМ/дт)м — — 10 кВт/с, Ке = 1,75 10 и (67т'/дт)м = 10 кВт/с» соответственно; к, о — опытные данные длн Ргм = 57, Ке = — 1,25 10 и (дЛ/дт) „» = 1,875 кВт/с при обработке с использованием чисел Ром и Ров соответственно; е', т — то же при Ке = 8,9 10 и (д)в/дт) м —— 1,175 кВт/с; ч, ь — то же пои ке = 5,1.10 и (дм/дт) м = = 1,075 кВт~с времени коэффициента Кн по сравнению с квазистационарным значением.
Изменение коэффициента Ки с течением времени представлено на рис. 5.22. Видно, что коэффициент Ки выходит практически на стационарный уровень за время т = = 30 ... 40 с для (дЛ'/3т)м м 1,075 ... 1,875 кВт/с. В то же время для (дЛ(/дт) = 7,5 ... 10 кВт/с выход коэффициента Ки для пучка с Гг = 220 на квазистационарное значение происходит за 10 ... 13 с. Поэтому при обработке опытных данных для (д/т'/дт) „, = 1,075 ...
1,875 кВт/с в виде (5.42) наблюдается отклонение от зависимости (5.47) (рис. 5.23) . Это связано с тем, что критерий Год не учитывает изменение производной для температуры стенки дТ,/дт, с которой связана производная по времени для мощности тепловой нагрузки дЖ/Эт. Для учета изменения турбулентной структуры потока в пристенном слое при изменении температуры стенки в разд. 5.3 в критерий Фурье вместо реального времени было введено эффективное время т,фф, определяемое зависимостью (5.57).
При этом в качестве определяющего критерия используется 172 модифицированный критерий Фурье, рассчитываемый по формуле (5.58) и зависящий от величины (ЪЮ/Ът ) м. Для случая резкого уменьшения мощности тепловой нагрузки время то, входящее в выражения (5.57) и (5.58), равно нулю. Если принять, что для рассматриваемого типа нестационарности влияние параметра (ЪХ/дт) на коэффициент К„аналогично влиянию этого параметра на К„при увеличении тепловой нагрузки, т.е. д.ч тэфф = т ( 0,043 + 0,263 ( — ) (5.70) Ром =, (0,043+ 0,263( Ъ )и], Ль т Ъл/ (5.71) р да~к то опытные данные для пучков с (ЪФ/д т) и = 1,075 ... 1,875 кВт/с и Рг = 57 хорошо согласуются с экспериментальными данными для (ЪЛ'/дт) = 7,5 ...
10 кВт/с и Ргм = = 220 (см. рис. 5.23). При этом опытные данные по К„для пучков с Ргм = '57 и 220 отнесены к квазистационарным значениям коэффициента К, полученным из экспериментов на каждом исследованном режиме по числу Ве, величине (ЪХ/Ът )и и числу Ргм. Тогда опытные данные по относительному коэффициенту к = К„/К для пучков с числами Рг = 57 и 220 в диапазоне чисел Ве и (ЪМ/Ът),„, охваченных экспериментом (Ве = 5,1 ° 10' ... 1,75 104; (ЪФ/дт) = 1,075 ...
10 кВт/с) можно обобщить одной зависимостью 173 к = 0,454.10 ' Ро э — 3,86 ° 10 Ром' + 1,28, (5.72) справедливой для чисел Ро < 1,4 ° 10 '. Этой зависимостью обобщаются опытные данные как для случая уменьшения мощности тепловой нагрузки до нуля (прекращение работы теплообменного устройства), так и для случая уменьшения тепловой нагрузки при переходе с одного на другой режим работы. Аналогичный результат был получен и для типа нестационарности, связанной с увеличением мощности тепловой нагрузки. Критерий Рг, характеризующий особенности течения в пучке витых труб, по разному влияет на коэффициент К„для различных типов нестационарности.
Если с уменьшением числа Рг в условиях нестационарного разогрева пучка витых труб процесс выравнивания температурных неравномерностей происходит быстрее (коэффициент К„быстрее принимает квазистационарное значение), то в условиях уменьшения тепловой нагрузки влияния числа гг на величину к не наблю. дается. Выполненное обобщение опытных данных позволило предложить зависимость для расчета нестационарного эффективного коэффициента диффузии для режимов работы теплообменных аппаратов и устройств, связанных с уменьшением тепловой нагрузки до нуля, а также при переходе с одного режима работы на другой с меньшей тепловой мощностью. Эта зависимость может быть использована для замыкания системы дифференциальных уравнений, описывающих нестационарный тепломассоперенос в пучках витых труб для рассмотренного типа нестационарности. Хорошее совпадение экспериментально измеренных и тео.
ретически рассчитанных полей температур для режимов с уменьшением мощности тепловой нагрузки служит экспериментальным обоснованием принятой модели течения„ее математического описания и методов расчета и для этого случая нестационарного течения в пучках витых труб. Е.Е. НЕСТАЦИОНАРНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕН ПРИ ИЗМЕНЕНИИ РАСХОДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ Исследование нестационарных температурных полей теплоносителя в пучках витых труб с целью определения эффективных коэффициентов диффузии Ке при увеличении и уменьшении расхода теплоносителя первоначально было проведено с быстрым изменением расхода на = 12%. В этом случае исследования имеют в большой степени методический характер, так как позволяют наметить пути дальнейшего изучения процесса нестационарного тепломассопереноса для рассматриваемого типа нестационарности, имеющего большое практическое значение при эксплуатации теплообменных устройств.
Действительно, в процессе работы теплообменного оборудования возможны флюктуации расхода теплоносителя при постоянной мощности тепловой нагрузки, а также перевод аппарата с одного режима работы по расходу теплоносителя на другой. Эксперименты проводились на пучке со 127 витыми трубами с числом г г,„= 57 (Ю/И = 6,1) длиной 0,5 м, К центральной группе из 37 витых труб подводилась электрическая мощность Л' = 8,6 кВт при увеличении расхода теплоносителя с 0,215 кг/с до 0,242 кг/с и 8,2 кВт при уменьшении расхода теплоносителя с 0,241 кг/с до 0,215 кг/с (рис„5.24, 5.25). 174 ава тв ееа ага я~ тат га ага Ф,тат га «аа ааа вва гва г ваа ла ваа а ага а а ва га ва иг а га га ва еа х,с Рис.
5.24. Изменение расхода теплоносителя, мощности тепловой нагрузки и температуры теплоносителя для случая ускорения потока: 1, 2 — изменение тепловой мощности н расхода теплоносителя соответственно; 3 ... 11 — изменение температуры теплоносителя для т/тк— = 0,073, 0,128, 0,193, 0,265, 0,334, 0,479, 0,624, 0,770, 0,916 Рис. 5.25. Изменение расхода теплоносителя, мощности тепловой нагрузки и температуры теплоносителя для случая замедления потока: 1, 2 — изменение тепловой мощности и расхода теплоносителя; 3 ... 12— изменение температуры теплоносителя для «/㻠— — 0,073, 0,128, 0,193, 0,265, 0,334, 0,408, 0,479, 0,624, 0 77 0, 0,916 175 Таким образом, число Рейнольдса для рассмотренного типа нестационарности изменялось в пределах Ве = 8,5 ° 10' 8 б .
1Оз Быстрое изменение расхода теплоносителя в процессе эксперимента обеспечивалось с помощью специального устройства, описанного в гл. 2. Изменение расхода и температуры теплоносителя, измеренной в характерных точках потока, для случаев резкого увеличения и уменьшения расхода воздуха представление на рис. 5.24, 5.25. В связи с тем, что в зкспери- ментах параметры запуска фиксировались интервалом времени 2 с начиная с момента изменения расхода, принималось, что расход теплоносителя принимал новое значение через 2 с (см. рис. 5.24, 5.25), хотя используемое устройство, работающее на принципе фотозатвора, позволяло существенно быстрее выходить на новый режим работы. В этой серии экспериментов температура теплоносителя в нагреваемой зоне пучка выходила на стационарное значение спустя 35 ...
40 с после внесения возмущения по расходу воздуха для случая его увеличения (см. рис. 5.24) и спустя 25 ... 30 с — для случая уменьшения расхода теплоносителя (см. рис. 5.25). При определении эффективного коэффициента диффузии К„для этого типа нестационарности использовался тот же метод сопоставления экспериментально измеренных и теоретически рассчитанных полей температур, изложенный в разд. 5.2. Расчет температурных полей теплоносителя при изменении расхода во времени проводился путем численного решения системы уравнений (5.17) ... (5.21) с записью уравнений газовой динамики в квазистационарном приближении, используя функцию С = С (т), определенную экспериментально (см. разд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
