Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Ашмантас Л.-В.А. - Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб (1062122), страница 34
Текст из файла (страница 34)
5.1) . На рис. 5.26, 5.27 сопоставляются теоретически рассчитанные полн температур с экспериментально измеренными полями для определенных моментов времени. Видно, что для рассмотренных режимов работы пучка витых труб с Рг = 57 эффективный коэффициент диффузии К„в течение всего нестационарного процесса, связанного с возмущением расхода теплоносителя, практически остается постоянным и равным значению К„перед моментом внесения этого возмущения, т.е.
Кн = Ккн = 0,00 (5.73) Наблюдаемый результат может быть связан либо с тем, что газодинамические возмущения в потоке выравниваются достаточно быстро и поэтому в данной серии экспериментов, где первая регистрация параметров проводилась через 2 с после измерения расхода воздуха, не могло быть обнаружено их влияние на коэффициент К„, либо из-за наложения действия различных факторов с противоположным эффектом на процесс нестационарного тепломассопереноса, что привело к зависимости (5.73) . Дело в том, что в рассматриваемых опытах не представляется возможным выделить в чистом виде влияние переменного расхода теплоносителя на коэффициент К„, т.е, влияние ускорения при росте С или замедления при уменьшении С потока, так как при изменении расхода изменяются условия 176 т,» ввп т,в Ббп втп 4тп впп ввп БВП вбп збп- втв В, бгп в пг п» пв пв гуг, и пт пе пб дв гуг Рис.
6.26. Поля температур теплоиосителя в выходном сечеиия пучка с Ртм —— 67 при ускореиии потока: 1 ... 3 — расчетные поля температур при К = 0,09 для т = О, 6, 12 с со. ответственно; 4 — то же при К = 0,10 для т = 12 с; °, ь, + — экспери. ментальные данные для т = О, 6, 12 с соответствеиио Рис. 6.27. Поля температур теплоиосителя в выходном сечении пучка с Ртм = 67 при замедлении потока: 1 ... 3 — расчетные поля температур при К = 0,09 для т = О, 6, 12 с со. ответственно; °, ь, + — экспериментальные данные для т = О, 6, 12 со. ответствеиио дС ск Кс дт с па (5.75) 177 охлаждения стенки витых труб и появляются производные ЭТ /Эт и ЭТВ(дт, Тогда в соответствии с разд.
5,2 на процесс нестационарного перемешивания теплоносителя в пучке витых труб должны влиять параметры (определяемые по формулам (5.49) и (5,52) ), которые имеют вид: (5.74) тв 7т гв иврвс Параметр К~' учитывает влияние нестацнонарного изменения та температуры потока на термическое сопротивление между стенкой и потоком в ячейке потока и между ячейками. Параметр Кп характеризует влияние изменения расхода теплоно. сителя йа процесс нестационарного перемешивания, Известно, что в круглых трубах при нагревании газа ускорение потока увеличивает величину Ко = Хи„/ Хин~, а замедление потока — уменьшает.
Можно предположить, что ана логичные закономерности должны проявляться и для процесса нестационарного перемешивания в пучке витых труб, т,е. ускорение потока при нагревании газа должно увеличивать коэффициент к = К„/К„, а замедление — уменьшать, В то же время уменьшение темйературы стенки при росте С и Ю = сопа$ должно приводить к уменьшению коэффициента к . Действительно, при постоянном тепловыделении при остывании стенки происходит дополнительное вьшеление тепла в поток что приводит к изменению теплового потока иа стенке Ф чс, ПРи Увеличении темпеРатУРы стенки в слУчае УменьшениЯ С и Ф = сопаФ часть выделяемого тепла поглощается стенкой, что должно приводить к увеличению коэффициента к . Таким образом, полученная зависимость для к (5.73) может быть результатом влияния различных параметров, определяющих процесс нестационарного перемешивания теплоносителя в пучках витых труб в соответствии с зависимостью (5.48) .
Однако влияние этих параметров для небольшого и значительного изменения расхода теплоносителя может быть различным. Так, если при изменении расхода на = 12% (С,/С, = 1,12 и 0,89, где С, — расход теплоносителя, предшествующий внесейию возмущений в систему; С, — новый расход теплоносителя, устанавливающийся в системе) влияние нестационарного изменения температуры потока теплоносителя при его нагреве на коэффициент К„компенсировалось противоположным влиянием на этот коэффициент ускорения или замедления потока (зависимость (5:73) ), то эксперименты, проведенные по изложенной методике при изменении расхода теплоносителя на = 60 ... 80% показали превалирующее влияние на коэффициент К„нестационарного изменения температуры потока.
В этой серии экспериментов параметры режима запуска выводились на печать с интервалом 0,4 ... 1,0' с, что позволило уточнить закон изменения расхода теплойосителя во времени после срабатывания регулирующего расход устройства, работающего ва принципе фотозатвора. Изменение расхода теплоносителя во времени и мощности тепловой нагрузки, подводимой к центральной группе витых 178 Тебризе 5.3 Изменение расхода теплоносителя и тепловой мощности во времени Вариант поСт/ С~ араметр Время т, с 0 04 1 5 20 40 1,77 Ж, кВт 6,4 6,4 6,4 6,4 6,4 6,4 С, кг/с 0,1491 0,264 0,264 0,264 0,264 0,264 1,62 Ф, кВт 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 С, кг/с 0,1644 — 0,2666 0,2666 0,2666 0,2666 0,665 /т', кВт 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 С, кг/с 0,2734 0,1819 0,1819 0,1819 0,1819 0,1819 0 61 /Г, кВт С, кг/с 73 73 73 73 '/3 73 0,2525 — 0,1539 0,1539 0,1539 0,1539 179 труб пучка, для рассматриваемых режимов работы экспериментальной установки представлено в табл.
5.3, а в табл. 5.4 приведены определенные для этих режимов величины нестационарных эффективных коэффициентов диффузии Кн. Из таблицы 5,4 видно, что при значительном увеличении расхода теплоносителя (С,./6, = 1,61, 1,77) и постоянной во времени мощности тепловой нагрузки коэффициент Кн в первые моменты времени резко уменьшается по сравнению со значением К„= 0,09 при т = О, а затем плавно увеличивается, стремясь к квазистационарному значению.
Таким образом, для этого типа нестационарности основное влияние на коэффициент Кн оказывает не механизм ускорения потока, который должен был бы по аналогии с круглыми трубами при Т = сопас приводить к увеличению коэффициента Кн, или х = = Кн/Кк, а тепловая инерция труб. Тепловая инерция труб в данйом случае приводит к изменению во времени полей температур теплоносителя, аналогичному изменению полей температур при уменьшении тепловой нагрузки, при котором наблюдается уменьшение в первые моменты времени коэффициента Кн по сравнению с коэффициентом К При значительном уменьшении расхода теплоносителя (Ст / С, = 0,61, О,ббб) и /т' = соп81 коэффициент Кн в первые моменты времени резко увеличивается, а затем плавно уменьшается и стремится к квазистационарному значению Кк . Следовательно, и для данного типа нестационарности основное влияние на коэффициент Кн оказывает не замедление потока из-за уменьшения расхода теплоносителя, что должно было Величины коэффициента Ки для различных Вр- Отношение Сг/Сг 0 0,8 1 2 2,8 1,77 0,09 0,0455 1,62 0,09 1,12 0,09 0,89 0,09 0,665 0,09 0,143 0,61 0,09 0,025 *прит = 3 с, н*прит = 8 с.
0„057 0,065 0,073 0,078* 0,09 0,09 0,120 0,23 0,070 07й Рис. 5.28. Влияние величины относительного изменения расхода теплоносителя на зависимости коэффициента Ки от времени: е, с, и — опытные данные при Сг/Сг = 1,77, 1,62, 1,12 соответственно; а, )1, н — то же прн Сг/Сг = 0,61 0 665, 0,89; 1 линия, отражающая характер изменения коэффициента Кн от времени при Сг /С г — — 0,89 н 1,12; 2 ... 5 — тоже при Сг/Сг = ~ 1,62, 1,77, 0,665, 0,61 соот- ветственно КЮФ й тй 79 1й Ед г,с 180 бы наблюдаться в случае экспериментов с Т = сопаФ по аналогии с круглыми трубами, а тепловая инерция труб, которая приводит к такому же изменению полей температур теплоносителя во времени, как и в случае увеличения тепловой нагрузки при постоянном расходе теплоносителя. Влияние величины относительного изменения расхода теплоносителя (Сг /С, ) при его увеличении и уменьшении на характер зависимостей коэффициента Ки от времени процесса иллюстрируется на рис.
5.28. При малом значении отношения бг /б, как при увеличении, так и уменьшении тепловой нагрузки выполняется зависимость (5.73) . С увеличением отношения С, / С, в случае увеличения расхода теплоносителя при гт' = сонат влияние этого типа нестационарности на коэффициент Кн и поля температур увеличивается. Так, при С, /С, = 1,82 минимальное значе- К» ние относительного коэффи- циента кп 1п Ан/Ккс Р,74 а при Сг/б, = 1,77 хш;„ж Таблица 5.4 моментов времени и отношений Ст / С, мит, с 3,6 4 6 8,4 10 12 40 0,078"* 0,069 0,0855 0,073 0,088 0,09 0,09 0,103 0,18 0,0865 0,09 0,091 0,09 0,09 0,093 0,108 0,097 0,2 0,10 0,16 Глава б МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ПУЧКАХ ВИТЫХ ТРУБ 6.1.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛООБМЕНА Широко применяемые в инженерной практике для стационарных задач методы расчета конвективного теплообмена с использованием коэффициента теплоотдачи, а также методы 181 = 0,55. При уменьшении отношения С, /С, до 0,61 максимальное значение коэффициента к„, увеличивается до величины = 2,1 (см. рис. 5.28) . Обнаруженные эффекты, связанные с влиянием рассмотренных типов нестацт5онарности на процесс перемешивания теплоносителя в пучках витых труб, являются благоприятными с точки зрения работоспособности теплообменных аппаратов и устройств с витыми трубами. Так, в случае значительного уменьшения расхода теплоносителя при 7У = соп31, что возможно при аварийных ситуациях, связанных с разрывом трубопроводов и потерей теплоносителя, наблюдается увеличение коэффициента к, т.е.
интенсифицируется процесс перемешивания и выравнивания неравномерностей полей температур теплоносителя в пучке витых труб, облегчая тепловые условия работы аппарата. В случае увеличения расхода теплоносителя при Ф = сопа1 уменьшение коэффициента к и ухудшение перемешивания теплоносителя в первые моменты времени не отражается на работоспособности теплообменника в связи с заметным снижением среднемассовой температуры теплоносителя.
расчета температурных полей с использованием граничных условий третьего рода могут без каких-либо принципиальных затруднений быть обобщены для решения нестационарных задач. Для экспериментального определения нестационарного коэффициента теплоотдачи а (х,т) а(х, т) = Т (х, т) — Т,(х, т) (6.1) Методы косвенного определения температуры стенки и плотности теплового потока в нестационарных условиях В пучках витых труб теплообмен имеет место на наружной поверхности труб (рис. 6.1). Определение Т,(х, т) и дс (х, т) при исследовании теплообмена на наружной поверхности трубы можно произвести по надежно измеряемым в эксперименте температуре внутренней стенки трубы Т„(х, т) и плотности внутренних источников тепла о (х, т) (при условии теплоизоляции внутренней стенки или известной плотности теплового потока на ней) с помощью решения обратной задачи теплопроводности (24, 26) .
Для трубы эта задача формулируется следующим образом: д'т 1 дт гв дт + — — + — о (ь'о) = —, дл и дл Хс дро (6.2) гдето = г)гв; Ео = ат((гс — гв) ге Рис. 6.1. Схема решения заца- Г с чи для внешне обтекаемой трубы 1В1 необходимо знать изменение во времени среднемассовой температуры теплоносителя Т„(х, т ), температуры стенки Т, (х, т ) и плотности теплового потока на стенке о . (х, т ) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
