Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Ашмантас Л.-В.А. - Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб (1062122), страница 41
Текст из файла (страница 41)
7.7), хотя отношение коэффициентов объемного расширения может доходить до 40. Это подтверждает правильность изложенной в разд. 1.3 модели влияния изменения температуры стенки на турбулентную структуру потока и нестационарный теплообмен, которое тем больше, чем больше д Т /д т и Д . Проведенные эксперименты и их анализ показали, что влияние изменения турбулентной структуры потока на нестационарный теплообмен существенно как для газов, так и для жидкостей. 2. Значения ЬК„, получались из экспериментальных значений К„и найденных при С= сопв$ значений ЬК„, и ЬКе, и для Рт = 3 ... 12, Рг„/Рг = 1 ...
4, х/д = 6 ... 160 обобщаются формулами (рис. 7.8): для Ке„= (6 ... 12) 10'; Кц .— — 0 ... 400 для Кеп = (6 ... 12) 10; Кс = — 200 ... 0 Дка = (9,3'10 аКс 2 10 з) Ке, 2,4 10 з Кс + (7.21) + 0,236; для Ке„= (12 20)10з. Кс = 100" 200 ЬК = (2.43.10 ' Кс — 5,67 ° 10 ') Кес"— (3 57'10 з Кс О 83) ' (7.22) для Кеп = (20 ... 60) 10; Кс — — 0 ... 200 б1Ка = (391 10 Кс +2:173'10 )Кап+ + 1 13. 10- з К-о з з а; (7.23) для Кеп — — (20 ... 60) 10'; Кс — — — 100 ... 0 бзКаз = ( 5 10 зКс 2 75 10 ')Кеп+ + 2 8.10- зК вЂ” 0 07 (7.24) Рис. 7.8. Зависимость ЬКаз от йеп и КС при увеличении (КС > > О) и уменьшении (КС < О) расхода нагреваемой жидкости: ч * е ° и с л — Кс = 400~ 200; 100; 50; — 50; — 150; — 200 0,7 0,7 Оч Об к,а* га' в В г~ег 0,7 -ОД '-О,В Охта'00 -Об -ОФ -07 О бы' вча'га 7 га" Ч.ГО" б 70" Вег 217 Рнс.
7.7. Сопоставление данных по влиянию на нестационарный теплооб. мен изменения турбулентной структуры потока при нагревании газа и жидкости: 1 — вода: Ргп = 4 ... 12 (8); Ргп = 3 ... 12 (4); 2 — воздух; Ргп — — 0,72; зт Ктеб- — — 6с ОйЦ; а, б, е, г, д— 00„ Деп = 8 10 ' 2 5 10 ' 5'10 О 8'10; 2,4 10 Н 10 и Рис. 7.9. Предельные значения Нт*, при которых ЬКп не превышает 10 $ (а) и 5 % (б); 1 " 4 Те~го = 065' 0,75; 0,85; 0,95 П,1 При Кеп = (1,5 ... 6) 10' ЬК„з > ОприКс > ОиЬК„з < < О при К6 < О. При уменьшейии Ке„влияние скоростной нестационарности на теплопередачу уменьшается, а затем становится противоположным: при ускорении потока теплоотдача уменьшается, в и' яе„при замедлении — увеличивается по сравнению с квазистационарной, Поскольку при проведении расчетов заранее неизвестны Т и дТ '1дт (так же как с и дл 1дт), задача решается мето дом последовательных приоьлижейий.
о первом приближени1 коэффициенты теплоотдачи определяются по квазистацио парным зависимостям. Затем в первом приближении находят Т, и дТ 1дт, К*н, дс, дСс(дт К т и нестационарный коэффициент теплоотдачи. Это позволяет сделать следующие приближения при решении задачи. Следует отметить, что представленные в настоящем разделе эмпирические расчетные формулы позволяют при заданной точности расчета коэффициента теплоотдачи определить допустимые скорости изменения параметров (дТ,)дт, дцс1дт, 170(17т), пределы применения квазистационарных зависимостей для коэффициента теплоотдачи. Например, на рис. 7.9 показаны зависимости от Ке„и Т 1Т„предельных значений параметра К*, при которых ЬКп, не превышает заданных значений при охлаждении горячего газа в трубах.
Проведенные эксперименты показали, что прн турбулентном режиме течения отличие нестационарного коэффициен та теплоотдачи от квазистационарного определяется не законами изменения граничных условий, а лишь скоростями их изменения, т. е. первыми пронзвс>дными от расхода, температуры стенки или плотности тсплового потока на стенке. Получены соответствующие безразмерные параметры К„т, К*, Кп, определяющие изменение коэффициента теплоотдачи в нестационарных условиях.
Проведенные эксперименты и их анализ показали. что влияние изменения трубулентной 2!В структуры потока на нестационарный теплообмен существенно как для газов, так и для жидкостей. Поэтому расчеты не- стационарного теплообмена с использованием квазистационарной структуры турбулентности приводит к недопустимым для практики ошибкам.
Таким образом, получены экспериментально обоснованные обобщающие зависимости для расчета нестационарного коэффициента теплоотдачи при течении газов и жидкостей в трубах для большинства практически встречающихся типов нестационарных воздействий в широком диапазоне изменения параметров. Данные зависимости, в частности, позволяют при заданной точности расчетов определить границы применимости квазистационарной методики расчета нестационарных тепловых процессов.
7.3 нестдционАРный теплоовмен в пачках витых трав Рис. 7.10. Изменение во времени температуры стенки труб пучка при рез. ком увеличении тепловыделения при Кеп = (27 - 35) 10 ' Тс1гп = 1 1,28: 1 ... 8 — х/Ыз = 7 12' 131' 249' 486' 78,4; 108; 137; 167 13 уу уу т,с 219 Нестационарный теплообмен в пучке витых труб исследовался при постоянном массовом расходе и изменении тепловыделения в стенках труб пучка. Тепловыделение в пучке изменялось скачкообразно, причем в случае его увеличения в начале процесса оно отсутствовало (о„, = О), а при уменьшении — выключалось в начале процесса йолностью, т. е. от, = О. Изучалось несколько режимов с плавным изменеййем тепловыделения в пучке.
Основные параметры в опытах изменялись в следующих пределах: число Рейнольдса Ке„= 5. 10' ... б ° 104; максимальная температура стенки Т. = 670 ... 820 К; температурный фактор Т (Тп = 1 ... 1,4; максимальная скорость изменения температуры стенки ! д Т,)д т ) = 50 К/с, давление воздуха (2,9 ... 10,7) 10' Па.
Опыты производились следую- ч Г щим образом. Устанавливался заданный расход воздуха через пу- 4уу чок труб. Затем производилось включение электрической нагрузки, пучок разогревали, по мере нагрева пучка темп роста его температуры замедлялся (рис. 7.10), Рис. 7.11. Изыенение во времени коэффициента ап при резком увеличении тепловыделения в стенках труб пучка: о, Х, +, е — х/Ыз = 7,12; 13,1; 24,9; 48,6 1,5 $-4- г-2т-Р+ й. % — Ф- 5 Е 5 а 15 М 24 гт ПС и процесс теплообмена стабилизировался. Время стабилизации температуры стенки составляло 15 ...
20 с. При увеличении температуры стенки в начальные моменты времени К„достигало 2 ... 3, а затем по мере прогрева пучка труб теплоотдача стабилизировалась и Кп приближалось к 1 (рис. 7.11). Стабилизация Кп наступала тем быстрее, чем больше Веп. Время стабилизации коэффициента теплоотдачи (которое характеризовались Кп < 1,05) составляло8...12с.
После выхода установки на стационарный режим нагрева производилось выключение электрической нагрузки. Температура стенки падала с убывающим темпом, причем тем сильнее, чем больше х/л',. Она асимптотически приближалась к температуре охлаждающего воздуха. В начале пучка температура стенки стабилизировалась раньше, чем в конце. С ростом Веп время стабилизации температуры стенки уменьшалось. Оно несколько больше, чем время стабилизации температуры стенки при увеличении нагрузки и составляло 20...25с.
В начале нестационарного процесса при выключении электрической нагрузки Кп = 0,5 ... 0,7„а затем по мере остывания пучка труб теплоотдача стабилизировалась и К„стремилось к 1. Необходимо отметить, что по мере остывания пучка уменьшались плотность теплового потока (которая пропорциональна скорости падения температуры стенки) и температурный напор между стенкой и потоком.
Это неизбежно увеличивало погрешность определения коэффициента тепло- отдачи. Как уже отмечалось в гл. 6, целью эксперимента было определение зависимости Кп от дТ 1дт или параметра тепловой нестационарности К* (определяемого по формуле (1.82) ) и от параметров Веп 7',1'Т„, х,1п', т.
е. 220 тп х Мп (Не и пт п э ~ тх) /(итт Кеп х — ) дэ и + пэ те Хп (йе т п х — — ). П Э (7.25) Значения а (х, т) определялись для восьми сечений пучка, отстоящих от начала обогрева на расстояниях х/и' = 7,12; 13,1; 24,9; 48,6; 78,4; 108; 137; 167. Квазистационарные значения среднего коэффициента теплоотдачи определялись для исследованных пучков по зависимости (39]: 2 Хи = 0,035Ке'" (1+ ) (1+ х 5 О,ь —— лэ )(т ( — ) ' х я „,и (7;26) где и = 0~ ; 7.27) и = 0,0663- — — 0,275, (7.28) при 3/с( < 4,15 при 4,15 < У/И < 12,45 %1П = 0 0232Ке'„~ (Те/Т ) для Я/и' = 4,15 (7.30) Хп = 0,0851 Ке". (7.31) ПосколькУ Ктех, Кеи, Т /Тп в опытах изменились взаимо- 221 при Я/с( > 12,45 и=055.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
