Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Ашмантас Л.-В.А. - Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб (1062122), страница 37
Текст из файла (страница 37)
В этом случае для каждого момента времени учитывается зависимость о только от координаты и уравнение (6.39) примет вид 7 (х, т) позволяютопределить значение коэффициента тепл и отдачи в нестационарных условиях. Знание изменения плотности теплового потока у (х, г по длине и времени позволяет рассчитать среднемассову температуру потока на выходе их канала и Т 1(т) = Тл0 (Т) + (с (х, Т)дх 6(т) с, (6.4. и сравнить ее с измеряемой температурой потока на выхо1 тп1 (Т) изм.
Необходимо отметить, что предложенная методика опр деления коэффициента теплоотдачи в нестационарных усл~ виях позволяет одновременно находить коэффициент тепл~ отдачи в любом количестве точек по длине канала, что знач1 тельно расширяет объем информации, получаемой при пров Ленин экспериментов и тем самым существенно повыша~ достоверность и надежность опытных данных. а.х кОнстРукция экспеРиментАльных устАнОВОк 19 Принципиальная схема экспериментальной установки п~ казана на рис.
6.4. Экспериментальный участок представля собой плотно упакованный пучок из 19 витых труб. Витые трубы имели поперечное сечение в виде круга с срезанными сегментами, изготовлялись из трубок из стал 1Х18Н10 диаметром 6 мм и толщиной стенки 3 = 0,4 мь Исследовалось два варианта пучков витых труб с шагами за1 рутки Я = 30 мм (Я/д = 4,15) и Я = 90 мм (3/Ы = 12,45; Длина пучка труб между трубными досками составлял 855 мм, длина закрученной части 750 мм. Общий вид эксп римеитального участка дан на рис. 6.4. Обогревались пу ки непосредственным пропусканием по ним электрическог тока низкого напряжения.
Для обеспечения контакта межд трубками и трубными досками после сборки пучков полост в трубных досках заливались оловом. При нагреве пучк трубные доски охлаждались водой. Пучок плотноупакованны труб омывался в продольном направлении воздухом. Возду иэ баллонов высокого давления 9 поступал в участок чере подогреватель 10„редуктор давления 13, фильтр 12 и диа1) рагму-расходомер 15.
Регулирование расхода воздуха провс дилось с помощью редуктора 13. Из экспериментальног участка воздух через змеевик охлаждения 25 и сменный дро< И Рис. 6.4. Принципиальная схема экспериментальной установки и измере- ний при нагреве пучка труб переменным током: 1 — трубный пучок; 2 — изоляционные экраны; 3 — термопары для измерения температуры воздуха на выходе из экспериментального участка; 4 — выводы термоэлектродов термопар для измерения температуры стенок труб в сечениях 1, П, П1; 5 — дроссель на выходе из участка; 6 — такопроводящие шины; 7 — дифференциальный водяной манометр для измерения перепадов давлений на участке; 8 — манометры; 9 — баллоны со сжатым воздухом; 10 — подогреватель воздуха; 11 — дифференциальный манометр; 12 — фильтр; 13 — редуктор; 14 — манометр для измерения давления перед диафрагмой: 15 — диафрагма — расходомер; 16 — трансформатор тока; 17 — термопара для измерения тсмпературы воздуха на входе; 18 — переключатель малого тока; 19 — выпрямитель; 20 — амперметр; 21 — вольтметр; 22 — осциллограф Н115; 23 — полуавтоматический потенциометр; 24 — сосуды Дьюара; 25— змеевик охлаждения; 1 ...
Ъ'П1 — отборы напряжений в сечениях пучка; 26 — верхний корпус; 27 — выходные патртбки 194 Обозна- чения Размер- ность Витые трубы Параметр Я/4 = 4,15 Я/с' = 12,45 диаметр окружности, описанной вокруг сечения трубы Толщина витой трубы в поперечном сечении Площадь поперечного сечения трубы Периметр сечения трубы Площадь проходного сечения обоймы Площадь проходного сечения пучка Периметр сечения обоймы Полный смоченный периметр 0 богреваемый периметр пучка Эквивалентный диаметр по полному смоченному периметру Эквивалентный диаметр единичной центральной ячейки мм 7,23 Ь мм 4,51 4,15 У' мм 25,9 Птр мм 19 Гт мм 991,7 25,15 18,85 991,7 г", мм 500 П, мм 116,1 514 116,1 П мм 477,5 476.
П. мм 361 Нз мм 4,19 358,15 4,32 4,32 4,11 мм 195 сель 5 выбрасывался в атмосферу. Нагрев пучка осуществлялся постоянным или переменным током, подводимым к трубным доскам через шины 6. Перед сборкой пучка измерялось электрическое сопротивление каждой трубки. Измерительная цепь включала аккумулятор, нормальное сопротивление 0.1 Ом, полуавтоматический потенциометр Р 2/1. Разброс по омическому сопротивлению отдельных трубок пучка не превышал 2 ... 3 %.
Максимальная неравномерность распределения тока по трубкам пучка вследствие взаимной индуктивности составляет 0,45 %. Пучок труб помещался в стальную шестигранную обойму, состоящую из двух половинок, которые уплотнялись между собой с помощью поронитовых прокладок. Внутренняя полость обоймы выложена электроизоляционными пластинами из слюдоситалла. Размеры внутренней полости обоймы вместе с пластинами слюдоситалла обеспечивали плотное расположение (взаимное касание) трубок пучка. Основные геометрические размеры экспериментальных участков приведены в табл. 6.1.
Геометрические размеры экспериментальных участков Участки устанавливались вертикально. Вход воздуха в пучок сверху (поперечный) через равномерно расположенные отверстия, по периметру обечайки верхнего корпуса (см. рис. 6.4). Выход также поперечный через 2 патрубка 27, Для уменьшения тепловых утечек снаружи корпуса размещалось два экрана из листовой стали толщиной 0,1 мм и теплоизолирующий кожух. В полость кожуха набивался асбест.
Для компенсации разности термических расширений трубного лучка и обоймы верхняя трубная доска имеет возможность продольного перемещения относительно обоймы. С целью обеспечения герметичности по обойме устанавливался сильфон. На верхнюю трубную доску навернут цилиндр токоподвода. Элементы электрической цепи (шнны, трубные доски, исследуемый пучок, токоподвод) тщательно изолировались от остальных деталей участка. Электрическая нагрузка к трубному пучку подводилась от генератора постоянного тока или от автотрансформатора АОМК-100/0,5 и понижающего трансформатора ОСУ-80. Максимальная величина электрической мощности, потребляемой участком, составляла 40 кВт.
Эксперименты проводились при плавном и скачкообразном увеличении и уменьшении тепловой нагрузки. Плавное увеличение нагрузки обеспечива. лось подводом постоянного тока к пучку труб от генератора при его запуске. Скачкообразное увеличение нагрузки обеспечивалось включением автотрансформатора АОМК, предварительно настроенного на требуемую величину выходной электрической мощности. В трех сечениях по длине участков (см. рис. 6.5, а, б, в), отстоящих от верхней трубной доски на расстояниях 200, 450, 700 мм (х/Ы = 48,6; 108; 167) в стенки витых труб вваривались горячие спаи термопар хромель-копель с диаметром термоэлектродов 0,2 мм. Термопары стояли во всех трех сечениях на всех 19 трубах. Термоэлектроды термопар, снабженные термостойкой изоляцией из стеклонити, выводились через внутренние полости трубок.
В нестационарных процессах измерялась термопарами температура центральной трубки пучка в 8 точках, отстоящих от начала обогрева на расстояниях 30, 50, 100, 200, 325, 450, 575, 700 мм (х/И = 7,12; 13;1; 24,9; 48,6; 78,4; 108; 137; 167). Горячие спаи термопар размещались на широкой части периметра витой трубы. Для измерения нестационарной температуры стенок труб использовалась также специально разработанная методика, основанная на зависимости электрического сопротивления материала труб от температуры. Для этого в 8 сечениях по дли- 196 Рис. 6.6. Принципиальная схема иэменения падения напряжения и силы тока в пучке прн обогреве постоянным током: 1 — экспериментальный участок; 2 — токоподводящие шины; 3 — нормализованный шунт сопротивления; 4 — переключатель малых токов; б — полуавтоматический потенциометр Р2/1; 6 — шлейфовый осциллограф Н115, а, б, в — сечения, в которых расположены горячие сиен термопар; 1 ... ЧП1 — отборы напряжения в сечениях пучка 197 не пучка на расстояниях 100, 200, 300, 396, 493, 599, 700, 777 мм от начала обогрева (х/г1 = 24,4; 48,8; 73,2; 96,6; 120; 146; 171; 189) к трУбкам были приварены контакты, позволяющие измерять падение напряжения на участках между ними.
Каждый контакт представлял собой ленту из стали Х18Н10 толщиной 0,1 мм и шириной 2 мм в два слоя„ приваренную к 2 ... 3 трубкам пучка. Выводы контактов через корпус герметизировались фторопластовыми уплотнениями. Плотная упаковка трубок в корпусе обеспечивала их касание между собой. Поэтому измеряемое падение напряжения между контактами относилось ко всем трубкам пучка на данном участке. Измерение силы тока проводилось с помощью шунта сопротивления 3 (рис. 6.5) прн нагреве постоянным током или трансформатора тока УТТ-6 16 (см.
на рис. 6.4) при нагреве пучка переменным током. В.З. СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЙ И АППАРАТУРА На установке предусматривалось измерение в стационарных и нестационарных условиях расхода газа, температуры потока на входе и выходе из экспериментального участка, температуры стенок труб в нескольких сечениях пучка, падения напряжения и силы тока, проходящего через пучок труб, давления на входе и выходе, перепада давлений на экспериментальном участке.
Системы измерений установки показаны на рис. 6.4 и 6.5. Для измерения расхода были использованы диафрагмы. Поскольку эти диафрагмы, установленные в трубопроводах малого диаметра, не нормализованы, было проведено экспериментальное определение их коэффициентов расходов. Использовались диафрагмы с диаметрами ~1 = 3,8; 13,3 и 7,6 мм, установленные соответственно в трубопроводах с внутренними диаметрами Р = 8, 20 и 24 мм (гл = Ф/1)з 0,225; 0,443; 0,103) . Среднеквадратичная погрешность измерения усредненного коэффициента расхода оценивается в 0,13 %. При этом среднеквадратичная погрешность измерения расхода исследованными диафрагмами составляет 0,62 %. Предельное число Рейнольдса для исследованных диафрагм существенно меньше, чем по нормам.* Расхождение Правила 28- 64.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
