Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Ашмантас Л.-В.А. - Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб (1062122), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Результаты обработки начального и конечного установившихся режимов сравнивали с существующими зависимостями, что являлось оценкой пригодности нестационарного режима для дальнейшей обработки. Плотность тепловыделения в стенках труб определялась по измеренному падению напряжения на них и известной 'зависимости электрического сопротивления материала труб от температуры (2 (Гтс е) Р (Гт (" т) ) ттт Чч( ) 1 2 2 (6.46) Г(г ))' ц2 где т,ттс те',о (т,1 12Рс ~е (6.46) тР2 (Г,д (2, т) ) дч(х, т) = ~с (6.47) 205 — плотность тепловыделения в стационарном режиме; !с— обогреваемая длина; à — площадь поперечного сечения стенок пучка труб; (1„У вЂ” падение напряжения в стационарном и нестационарном режимах; 7 — сила тока в пучке в стационарном режиме; р — удельное электрическое сопротивление материала труб, Тс, с, 7'~ т — температура стенки труб пучка, усредненная по сечению и длине экспериментального участка в стационарном и нестационарном режимах.
При н". ерении силы тока в нестационарном режиме Отношение нестационарного коэффициента теплоотдачи к своему квазистационарному значению определялось следующим образом: Ха ап (6.48) н" п.кс н" п.ксо где Хи„, Хи„кс — числа Нуссельта, найденные экспериментально в нестационарном и стационарном режимах (начальном при уменьшении тепловой нагрузки или увеличении расхода, конечном при увеличении тепловой нагрузки или уменьшении расхода); ' Хило, Хил ксо — числа Нуссельта, рассчитанные по полученным в предварительных экспериментах зависимостям для стационарного теплообмена при найденных экспериментально значениях Ке„, Т (Т„соответственно для нестационарного и стационарного режимов.
Контроль сходимости теплового баланса производился сравнением измеренной Т„~ (т)„и рассчитанной Тл~ (т) среднемассовых температур потока на выходе из экспериментального участка. Расхождение в тепловом балансе, определяемое как (Т ~ (т) „— Тл~ (т) ) / [Т„~ (т) — Т„(т) ) не превышало 10 ... 15%. Производилась оценка погрешности экспериментов. При этом предполагалось, что измерение величины у приборами производится со случайными ошибками, распределенными по нормальному закону, и при этом максимальная ошибка б(у) в определении у равна утроенному значению среднеквадратичной ошибки, т.
е. доверительному интервалу +б (~~) приписывается доверительная вероятность 0,997. Максимальная погрешность измерения среднего числа Нуссельта в стационарных условиях составляет б (Хи) „„„= 5,6 %. Так как целью эксперимента является получение зависимости Ии = Т(Ке), то полученное значение Жи нужно отнести к конкретному значению Ке, которое также определяется с некоторой погрешностью, в данном случае б (Ке) и ~ 4 %.
Погрешность отнесения составляет бИи (Ке) „= тб (Ке) = 3,2 %, (6.49) где Хи = СКе . Погрешность отнесения по Т /Тл составляет бЫи(Т (Т„) „= 0,7 %. Полная максимальная погрешность определения среднего числа Нуссельта составляет (6.50) б (г)и) = для местного числа Нуссельта аналогичные оценки дают д (Хц) = 10%. При определении коэффициента теплоотдачи в нестацио. парных условиях вносятся дополнительные погрешности по сравнению со стационарными условиями. Во-первых, это погрешности, связанные с измерением изменяющихся во времени величин с помощью осциллографа.
Во-вторых, в части экспериментов при увеличении тепловой нагрузки при постоянном расходе или.при уменьшении расхода при постоянном тепло- выделении, когда температура стенки возрастает, только часть выделяемого в стенках трубного пучка тепла идет на нагрев теплоносителя. Плотность теплового потока к тепло- носителю д определяется по формуле (6.18) или (6.28) как разность внутреннего тепловыделения в стенках труб и тепла, идущего на нагрев самой стенки.
Погрешность определения и тем больше, чем меньше отношение ц /п„д„. В начале упомянутых нестационарных процессов большая часть выделяемого в стенке тепла идет на ее собственный нагрев, отношение и /ц дп мало и погрешность дд максимальна.
К концу нестацйонарных процессов величина д /и б„стремится к 1 и погрешность Бп близка к погрешности дс в стационарных режимах. Наконец, дополнительная погрешность обусловливается тем, что количество тепла, пошедшее на нагрев стенки, дг (х,т) с р б — в — — определяется по производной по получаемой с с и дт в эксперименте кривой Т (т), а погрешность определения производной дТ /дт численными методами всегда больше, чем погрешность определения исходной зависимости Т (г). В опытах при уменьшении тепловой нагрузки плотность теплового потока на стенке ос определяется производной дТп/дт (при и = О), определяемой тем точнее, чем больше ее величина.
Поэтому в начале этих нестационарных тепловых процессов погрешность эксперимента минимальна. По мере стабилизации температуры стенок она существенно возрастает к концу нестационарного процесса. Расчет погрешности определения плотности теплового потока на стенке дц проводился для условия, что ц /ц„дп = 0,5 при увеличенйи температуры стенки (увеличение йагрузки, уменьшение расхода) и что д,/и Ьп = 1,5 при уменьшении температуры стенки (уменьшение нагрузки, увеличение расхода) . Согласно проведенным расчетам при максимальных подтв грешностях БС = 1,8 %, д (д,д„) = 2 %, д (с,р,д„) 207 = 8,6 % при увеличении тепловой нагрузки Еде = 9,5 % и при уменьшении — 5,8 %. При этом при температурном напоре порядка (Тс — Т„) = 100 К погрешности измерения 5 Ни„ вЂ” 12,2 % при увеличении и бац„з,„= 9,2 % и соответственно ЕК„„— равны 13 и 9,5 %.
С учетом погрешности отнесения при увеличении тепловой нагрузки имеем БК„= 18 % и при уменьшении 5Ка = 11 %. Представленному доверительному интервалу 25Ко соответствует, как отмечалось ранее, доверительная вероятность 0,997. Необходимо отметить, что приведенные цифры оценивают погрешности полученных отдельных экспериментальных точек и что погрешности получаемых усредненных зависимостей значительно меньше. ГЛАВА7 НЕСТАЦИОНАРНЫЙ ТЕПЛООБМЕН В ПУЧКАХ ВИТЫХ ТРУБ тл. Овщие сведения В настоящей главе излагаются результаты экспериментального исследования нестационарного коэффициента теплоотдачи в продольно обтекаемых пучках витых труб по методике и на установках, представленных в гл. 6.
Эти исследования, разумеется, не охватывают все возможные типы нестационарных процессов. Поэтому изложению нестационарного тепло- обмена в пучках витых труб в настоящей главе предшествует краткое изложение результатов экспериментального исследования нестационарного теплообмена в круглых трубах, проведенного в широком диапазоне изменения режимных параметров для большинства практически встречающихся типов нестационарных воздействий ~24, 26~ . Зйакомство с этими исследованиями необходимо для сопоставления с данными для пучков витых труб, а также для качественной оценки влияния различных нестационарных воздействий на тепло- обмен в случае отсутствия прямых экспериментов в пучках витых труб.
Т.Х РЕЗУЛЬТАТЫ ЗКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЙ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ТРУБАХ Выполнялось экспериментальное исследование нестационарного теплообмена при течении газа и жидкости в трубах. 208 Эксперименты проводились при следующих нестационарных граничных условиях. 1. При постоянном расходе и нагревании газа в трубе изменялась температура стенки, обусловленная скачкообразным или плавным изменением тепловыделения в стенке трубы. 2. При резком или плавном увеличении температуры горячего газа на входе в трубу происходил разогрев стенки трубы. Расход газа сохранялся постоянным.
3. Изменялся расход нагреваемого в трубе газа, при этом одновременно изменялось тепловыделение в стенке трубы таким образом, чтобы температура стенки во времени не изменялась. 4. В условиях нагревания и охлаждения газа изменялся расход, при этом изменялась температура стенки. 5. Эксперименты, аналогичные пп. 1 и 4, проводились при нагревании жидкости в трубах. Эксперименты проведены в трубах диаметром и — 5,39 ... ... 42,8 мм в следующих диапазонах изменения параметров: для газа — Ке„= 6 ° 10' ... 6.10'; температурный фактор Т /Т„= 0,3 ...
1,7; скорость изменения температуры стенкй дТс/дт = — 550 . 700 К/с и расхода пС/йт = — 0,024 ... 0,007 кг/с; для жидкости — Ке„= 5 ° 10 ... 10'; Рг„= 2 ... 12; Рг„/Ргс = 1 ... 3,7; дТс/дт = — 120 ... 318 К/с; ЫС/с1т = — 0,4 ... 0,5 кг/ст . В исследованных диапазонах изменения параметров отношение нестационарного коэффициента теплоотдачи к соответствующему квазистационарному значению Кп — — Хи/Мц„ изменялось в пределах 0,4 ... 3,5.
Если .при постоянном расходе газа скачкообразно увеличивается тепловыделение в стенке трубы, то температура стенки трубы возрастает с убывающим темпом, асимптотически приближаясь к стационарной температуре, соответствующей заданному тепловому потоку (рис. 7.1). При г = сопя~ с ростом х/д растут температура стенки и ее производная дТс/дт. Время стабилизации температуры стенки увеличивается с ростом х/д. При х/И = сопаФ время стабилизации температуры стенки тем меньше, чем меньше тепловая нагрузка и чем больше Ке„. При уменьшении толщины стенки время стабилизации температуры стенки падает примерно пропорционально толщине стенки. При увеличении электрической нагрузки величина дТ /дт достигает максимального значения в начальный момент времени, а затем асимптотически падает до О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
