Главная > Основы теплопередачи
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

10-3. ТЕПЛООБМЕН ПОВЕРХНОСТЕЙ С ИСКУССТВЕННОЙ ШЕРОХОВАТОСТЬЮ

Вопросы интенсификации теплообмена имеют важное значение для многих отраслей техники. Поэтому исследования в этом направлении представляют большой практический интерес.

Применение поверхности нагрева с искусственно созданной шерохова тостью является одним из возможных путей интенсификации теплоотдачи при турбулентном течении теплоносителя. Виды искусственной шероховатости могут быть различными. Некоторые профили таких поверхностей показаны на рис. 10-3. Шероховатость вида а и б создается путем нанесения резьбы на поверхность трубы. Профили получаются за счет организации кольцевых выступов на гладкой трубе. Обычно высота выступов h невелика по сравнению с диаметром трубы d. Интенсификация теплоотдачи происходит в основном за счет воздействия шероховатости на гидродинамику турбулентного потока. Роль эффекта оребрения (вследствие увеличения фактической площади поверхности теплообмена) обычно относительно невелика.

Рис. 10-3. Профили поверхностей с искусственной шероховатостью. а — треугольная резьба; б — волнистая резьба; в — прямоугольные выступы; г — треугольные выступы.

Экспериментальному исследованию теплоотдачи на поверхностях с искусственной шероховатостью посвящен ряд работ, некоторые результаты которых приводятся ниже.

В исследовании, проведенном в МЭИ 129], подробно изучены различные виды шероховатости типа «резьбы», которая наносилась на внутреннюю поверхность круглой трубы диаметром d = 16,7 мм и . Опыты проводились с водой. На рис. 10-4 приведены опытные данные, относящиеся к резьбе треугольного профиля (рис. 10-3, а). Коэффициент теплоотдачи отнесен к поверхности гладкой трубы (без учета эффекта оребрения). Приведенные данные показывают, что такой вид искусственной шероховатости позволяет значительно увеличить теплоотдачу. В этом исследовании было показано также, что скругленная шероховатость (рис. 10-3, б) значительно менее эффективна; в ряде случаев она вообще не дает увеличения теплоотдачи в сравнении с гладкой поверхностью. Это указывает на то, что острая кромкавыступов имеет существенное значение для интенсификации теплоотдачи.

Другой вид искусственной шероховатости (рис. 10-3, в, г) подробно исследован в [16, 17, 33, 92, 101, 1131. При этом кольцевые выступы с различным относительным шагом создавались как на наружной поверхности трубы при течении потока воды, воздуха и трансформаторного масла в кольцевом канале, так и на внутренней поверхности круглой трубы. Такой вид искусственной шероховатости изучался также в плоском щелевом канале. Итоги этих исследований были обобщены в [16, 17]. Анализ показал, что для этого вида шероховатости параметром, имеющим решающее значение для интенсификации теплоотдачи, является отношение расстояния между выступами s к их высоте . Остальные характеристики, такие как форма выступа (прямоугольная или треугольная), отношение , имеют второстепенное значение. При этом высота выступов h должна превышать толщину вязкого подслоя. В [16, 17] показано, что причина интенсификации теплообмена связана со срывом и разрушением вязкого подслоя выступами шероховатости и возникновением вихревых зон. Оказывается, что для параметра существует оптимальное значение, при котором интенсификация теплоотдачи максимальна. В результате обобщения многочисленных опытных данных автор 116, 171 получил уравнение для теплоотдачи

    (10-16)

где множитель учитывает увеличение теплоотдачи вследствие искусственной шероховатости:

    (10-17)

Оптимальное значение относительного продольного шага: при любом значении в интервале от 0,7 до 80. График зависимости от для воды показан на рис. 10-5. Приведенное соотношение справедливо при в диапазоне чисел от 6-103 до 4-105, чисел от 0,7 до 80. В уравнении (10-16) коэффициент теплоотдачи отнесен к полной поверхности стенки; определяющий размер — эквивалентный диаметр канала.

При применении шероховатой поверхности наряду с теплообменом возрастает коэффициент гидравлического сопротивления . При этом обычно величина не зависит от скорости течения теплоносителя. Вследствие увеличения сопротивления при практическом применении искусственной шероховатости представляет интерес сравнение эффективности этого метода интенсификации теплообмена с методом повышения теплоотдачи в гладкой трубе только за счет увеличения скорости теплоносителя.

Применение искусственной шероховатости оправдано, если при одинаковом количестве переданной теплоты шероховатой поверхностью при скорости w и гладкой поверхностью при более высокой скорости , т. е. при условии

затрата мощности на перекачивание теплоносителя N будет меньше для шероховатой поверхности:

Решение этого вопроса может быть получено путем следующих расчетов.

Рис. 10-4. Теплоотдача в круглой трубе с искусственной шероховатостью в виде треугольной резьбы.

Рис. 10-5. Интенсификация теплоотдачи для воды при применении искусственной шероховатости в виде кольцевых выступов на поверхности трубы.

Количество теплоты, переданное в гладкой трубе, пропорционально скорости потока в степени 0,8, т. е.

Для шероховатой трубы имеем согласно уравнению Коэффициент пропорциональности А включает в себя все величины, которые не зависят от скорости (геометрические размеры трубы или канала, физические свойства теплоносителя, температурный напор). Его численное значение одинаково в обоих случаях. Учитывая это, находим из условия (а), что относительное увеличение скорости в гладкой трубе должно составлять:

Затраты мощности на перекачивание теплоносителя можно записать в следующем виде:

для шероховатой поверхности

для гладкой поверхности

для гладкой поверхности, причем в области действия закона Блазиуса . Коэффициент пропорциональности В в этих формулах также численно одинаков. Учитывая это, основное неравенство (б) нетрудно преобразовать с привлечением соотношения (в) к окончательному виду:

    (10-18)

где индекс w указывает, что сравнение коэффициентов сопротивления проводится при скорости потока w в шероховатой трубе.

Неравенство (10-18) определяет условие целесообразности применения шероховатой поверхности с точки зрения выигрыша в затратах мощности на перекачку. При обратном знаке неравенства в уравнении (10-18) использование искусственной шероховатости нецелесообразно.

Для рассматриваемой двухразмерной искусственной шероховатости типов в и г на рис. 10-3 оптимальное значение повышения теплоотдачи: , следовательно, . В опытах [17] при этом повышение коэффициента сопротивления . Отсюда видно, что по затратам мощности такой метод интенсификации теплообмена, безусловно, выгоден. Увеличение скорости теплоносителя в гладкой трубе, необходимое для передачи того же количества теплоты, здесь составляет согласно соотношению (в) .

При этом методе сравнения не учитывается то обстоятельство, что в случае увеличения скорости теплоносителя возрастает гидравлическое сопротивление во всей системе циркуляции теплоносителя, в то время как создание искусственной шероховатости обусловливает рост гидравлического сопротивления лишь в зоне поверхности теплообмена.

1
Оглавление
email@scask.ru