Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Ашмантас Л.-В.А. - Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб (1062122), страница 9
Текст из файла (страница 9)
(1,40). При экспериментальном исследовании коэффициента К„учитывается действие на К„всех механизмов переноса, присущих течению в пучке витых труб как при стационарных, так и не- стационарных условиях, а также определяются границы применения квазистационарного значения этого коэффициента при расчете нестационарных полей температур теплоносителя. Особенности тепломассопереноса в пучке витых труб опре.
деляются как особенностями его конструкции, так и воздействием эффектов нестационарности, Как уже отмечалось, зак- рут утка потока в пучке витых труб определяется относительным шагом 5/д или числом Етм= э /~/'/э~ /1.П3) характеризующим соотношение между инерционными и центробежными силами, которые действуют на поток при его закрутке. Число Рт представляет собой комплексную геометрическую характеристику пучка.
Чем меньше У/ с/ /или Егм), тем больше интенсивность закрутки потока. Действие закрутки потока проявляется прехсде всего в том, что в поперечном сечении пучка появляются поля поперечных составляющих вектора скорости ч и ж, которые представлены на рис, 1,6, а, б, С уменьшением Ег скорость ч, параллельная большей стороне овального профиля трубы, возрастает (см. рис.
1.6, а), причем направление этой скорости определяется направлением закрутки витой трубы. При одинаковом направлении закрутки витых труб на их границах скорость ч = О, что определяется законами взаимодействующих вихрей. В пристенном слое трубы скорость ч изменяется по закону квазитвердого вращения [39), причем максимальное значение скорости ч устанавливается на внешней границе пристенного слоя. Таким образом, скорость ч изменяется в тонком пристенном слое от нуля на стенке труб до максимального значения на внешней границе, С ростом числа Рейнольдса при заданном числе Рт интенсивность закрутки уменьшается, а следовательно уменьшается и скорость ч (см, рис. 1.6, б).
Поэтому в переходной области чисел В,е ( 104 следует ожидать большей интенсивности тепломассообменных процессов. Составляющая вектора скорости ч, направленная перпендикулярно большей стороне овального профиля трубы, также, как и составляющая скорости ч достигает максимального значения на внешней границе пристенного слоя (см. рис.
1,6, б). При этом скорость ь в подветренной части профиля направлена к стенке трубы, а в наветренной — от стенки, Такие эпюры скоростей в ячейках пучка витых труб свидетельствуют о наличии интенсивных обменных процессов между пристенным слоем и ядром потока благодаря конвекции. Изменение скоростей ч и ч в тонком пристенном слое от О до максимальных значений означает, что закрутка потока воздействует, прежде всего, на пристенную область течения, где за счет этого существенно повышается уровень турбулентности по сравнению с уровнем турбулентности в ядре потока пучка ~39). Этот эффект сказывается на увеличении коэффициента теплоотдачи в пучках витых труб, который возрастает в той же мере, что и коэффи.
45 у/Ь Нааетреннпя сторона у/Ь у/Ь ПодВетренная сторона Поббетренная сторона а,2 Набетренная сторпна а В,2 у/й а аг-ая -Пг и/а а дг г/й у/Ь у/Ь у/Ь Нааетренная сторона Ь ВВетренная сторона Набстренная сторона Ппббесяренная сто он -а,г а дг -аг а аг пг/й Рис. 1.6.
Распределения поперечных составляющих скорости в ячейке пучка для ч(а) и и (б): о, п, ч — опытные данные для пучков с Ггы = 1187, 296 и 178 и числе йе = 1,6 10 4 т, ° — то же для пучка с Ггы = 296 и числах ое = 6,8х х10; 6,7 10 46 циент гидравлического сопротивления при числах Гг > 90 и Ве ) 7 10' [39]. В переходной области чисел Ве ( 7 10' наблюдается опережающий рост коэффициентов теплоотдачи по сравнению с ростом коэффициента гидравлического сопротивления [52). Следует отметить, что по данным работы [25[, где провь дено обобщение работ различных авторов, для развитого турбулентного потока в гладкой трубе уровень турбулентности, или критерий Кармана К = т/ч' /и, в пристенной области составляет в среднем 0,067 с разбросом точек 0,05 ...
0,08, а на си потока в среднем 0,04 независимо от числа Рейнольдса при 8е = 8 . 10' ... 10'. Эти значения чисел Кармана оказались равны значениям критерия Эйлера для амплитуды пульсации инамического давления в соответствующих областях течения в трубе 2Н г г > ри где Н' — размах или двойная амплитуда пульсации динамического давления; ри' /2 — скоростной напор. Уменьшение пульсационных характеристик потока от стенки трубы к ее оси обнаружено и другими исследователями.
В пучке витых труб с Рг = 178 при числе Ке = 3,6 10' в работе [39] уровень турбулентности, или критерий Кармана, оказался в 3,3 ... 4,3 раза больше„чем в трубе (26], а в ядре потока пучка в 1,87 раза больше„чем на оси трубы [26]. Таким образом, в круглом канале уровень турбулентности в пристенном слое в 1,67 раза больше, чем на оси трубы [26], а в пучке витых труб в 2,94 ...
... 3,86 раза больше в пристенном слое, чем в ядре потока. Это означает, что в пучке витых труб вследствие закрутки потока пристенный слой турбулизируется в большей мере, чем ядро потока, причем соотношение уровней турбулизации в этих областях течения для Рг = 178 примерно в два раза больше аналогичного соотношения для круглой трубы. Эта особенность тепломассопереноса в пучке витых труб, связанная с влиянием закрутки потока на турбулентность в пристенном слое, видимо, является определяющей в интенсификации нестационарного обмена между пристенным слоем и ядром потока.
Порождение турбулентности в пристенном слое за счет закрутки потока и интенсивный конвективный обмен порциями жидкости между пристенным слоем и ядром потока могут усиливать влияние нестационарности на структуру по. тока. Процесс выравнивания нестационарных температурных по лей, сформированных неравномерным теплоподводом по ра диусу пучка, связан также с действием такого механизма как конвективный организованный перенос жидкости по винто вым каналам относительно оси труб. Интенсивность этого ме ханизма определяется относительным шагом закрутки витьп труб 5/ /, или числом Рг . Чем меньше число Рт, тем боле~ интенсивно происходит выравнивание неравномерностей пол~ температур теплоносителя в поперечном сечении пучка. Это' механизм переноса действует тем более эффективно, чеь выше уровень турбулентности на границе соседних винтовы: каналов в ячейке. Турбулентность в ядре потока создается не только благодаря диффузии из области порождения турбулентности у стенок труб, но и вследствие тангенциального разрыва скоростей на границах винтовых и сквозных каналов, где поток течет либо с различными скоростями, либо имеет различное направление (39].
Кроме того, при обтекании мест касания труб между собой порождается турбулентность, характерная для следа, который образуется при обтекании тела. Тепломассоперенос между ячейками пучка происходит также вследствие конвективного движения в поперечном сечении пучка (см. рис, 1.6). Эти механизмы тепломассопереноса в пучке витых труб приводят к выравниванию неравномерностей поля температур в поперечном сечении пучка как при нестационарном, так и стационарном процессе тепломассообмена при неравномерном теплоподводе (тепловыделении) по радиусу и азимуту пучка, Этот процесс учитывается в уравнениях энергии и движения диффузионными членами, включающими эффективный коэффициент диффузии Р,.
Этот коэффициент определяется из эксперимента. Для использования коэффициентов переноса Р, или К при замыкании систем уравнений, описывающих нестационарное и стационарное течения в пучке витых труб в гомогенизированной постановке, экспериментально устанавливаются критериальные зависимости. К числу определяющих критериев, помимо числа Гг (1.113), относятся число Рейнольдса Ве = (1.114) а также пористость пучка по теплоносителю, характеризующая долю площади радиальных сечений, на которой осуществляется контакт теплоносителя на границах соседних ячеек пучка (39]: /'и/~ с, (1.116) где г" = Р„+ г — площадь поперечного сечения пучка, Тогда критериальная связь для стабилизированного значения коэффициента Кс для стационарного режима приобретает вид (39] К, = К(Ве, Ргм,т), (1.116) Зависимость (1.116) устанавливается из эксперимента.
Выбор в качестве определяющего линейного размера эквивалентного диаметра пучка Вэ = 4Р'и/Псм (1.117) обусловлен тем, что в пучке витых труб толщина пристенного 48 оя мала по сравнению с размерами ячеек пучка и радиусом ривизны труб и незначительно изменяется по их периметру. Возможность применения Ы в данном случае была также подтверждена результатами исследований теплообмена и гидродинамики в работе [39). Наряду с д при исследовании теплообмена и гидравлического сопротивления в качестве характерного размера может использоваться эффективная толщина пристенного слоя б, принимаемая постоянной по периметру витых труб и одинаковая для теплового и гидродинамического пристенных слоев, что справедливо для чисел Прандтля Рт = = 1 [10]. Применение Ыэ в пучке витых труб оправдано также тем, что даже в точках контактов соседних труб не образуются застойные зоны с ламинарным течением, что наблюдается в плотноупакованных пучках круглых труб [4].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
