Исследование работы теплообменного аппарата при имитационном моделировании Методические указания к компьютерной лабораторной работе №014мтп самара Самарский государственный технический университет



НазваниеИсследование работы теплообменного аппарата при имитационном моделировании Методические указания к компьютерной лабораторной работе №014мтп самара Самарский государственный технический университет
страница4/5
Дата04.06.2013
Размер0.62 Mb.
ТипИсследование
источник
1   2   3   4   5
^

Обработка результатов опытов.


1. Определяется температура перед диафрагмами и ; на входе в аппарат и , на выходе и по таблицам ЭДС термопар «хромель - копель» или по приближенной зависимости

Т = 273,15 + Е/0,0695, (46)

где Е – ЭДС соответствующей термопары в мВ; T, К.

2. Определяются расходы горячего и холодного теплоносителей.

При использовании в качестве теплоносителя воды ее расход определяется для горячей и холодной сторон по формулам


носителя в трубу, лопаточных завихрителей, расположенных на входе или периодически. Кроме того, с целью интенсификации используются также криволинейные каналы (змеевиковые и спиральные).

В ряде случаев для интенсификации теплообмена можно применять наложение на вынужденное течение колебаний расхода. При наличии в канале акустического резонанса теплоотдача существенно увеличивается в зоне «пучности» скорости стоячей волны. При этом заметно возрастает и средняя теплоотдача.

Однако, наиболее реальным, доступным и высокоэффективным путем интенсификации теплообмена является искусственная турбулизация потока. При умеренном росте гидравлического сопротивления она значительно увеличивает коэффициент теплоотдачи. Рассматриваемый ниже метод интенсификации теплообмена основан на детальном изучении структуры турбулентного течения в каналах.

Так как

, (33)

а коэффициент теплоотдачи

, (34)

где среднемассовая температура потока

, (35)

то нетрудно заключить, что наибольшее влияние на a окажет увеличение lг в непосредственной близости от стенки. В пристанном слое толщиной (0,05 …0,1) r0 среднее значение турбулентной теплопроводности lr не превышает 10% от максимального при данном числе Рейнольдса, а тепловой поток близок к максимальному. Поэтому, в пристенном слое толщиной (0,05…0,1) r0 или высотой


 60 … 160 (^ Y – расстояние от стенки; - кинематическая вязкость; tw - касательное напряжение на стенке) расходуется 60 … 70% располагаемого температурного напора.

Чем больше число Прандтля, тем на более узкий пристенный слой целесообразно воздействовать. Следовательно, наибольшей интенсификации теплоотдачи можно добиться, увеличивая lГ именно в таких пристенных слоях. В то же время ясно, что дополнительная турбулизация ядра потока (где lг велико, а q << qw) мало увеличит теплоотдачу, хотя и приведет к большему росту гидравлических потерь.

Эффективным методом интенсификации теплоотдачи является создание в пристенной области отрывных зон. Наилучшие результаты получаются при дискретной турбулизации потока на стенках каналов, причем источниками турбулентных вихрей должны служить плавно очерченные выступы или канавки с высотой Y+ =60 … 150. Их не рекомендуется располагать слишком часто (t/h  5 … 10, где t – шаг, а h – высота турбулизатора), так как возникающие при этом за турбулизатором пульсации не успеют заметно затухнуть на пути к следующему турбулизатору и будут диффундировать в ядро, увеличивая тем самым интенсивность пульсаций. Подобное явление имеет место в шероховатых трубах и ведет к значительному росту гидравлических потерь при небольшом повышении теплоотдачи.

Если же увеличить расстояние между турбулизаторами, то дополнительно возникшие в зоне вихри и генерируемые при их периодическом разрушении турбулентные пульсации переносятся потоком близко к стенке, повышая lГ только около нее, а значит, интенсификация теплоотдачи будет достигнута ценой минимальных гидравлических потерь.

При слишком большом (t/h  50 …100) расстоянии между турбулизаторами дополнительная турбулентность успевает заметно затухнуть на некотором расстоянии от турбулизатора, и остальной участок канала до следующего турбулизатора по структуре потока будет мало отличаться от гладкого канала.

Максимальное увеличение теплоотдачи Nu/Nuгл (индекс «гл» относится к гладкой трубе) и гидравлического сопротивления

Данная установка позволяет работать на установке в режиме «физического эксперимента» на физической модели теплообменного аппарата и управлять режимами работы с пульта управления.

Внешний вид всей установки показан на рис. 12.





Рис. 11. Внешний вид установки.


Пульт управления отдельно изображен на рис. 12.

На пульте управления расположены четыре секции (под соответствующими номерами).

Для исследования работы теплообменного аппарата используются все секции:

секция 1 – включение электропитания установки,

секция 2 – регулировка расхода холодного теплоносителя,

секция 3 - регулировка расхода горячего теплоносителя

секция 4 - регулировка нагрева холодного и горячего теплоносителей и регулировка напряжения и силы тока.

Каждая секция может работать и автономно.

давление РХ и перепад давлений на диаграмме ДРХ фиксируется по индикаторному прибору. С помощью регулятора расхода … устанавливается расход горячего теплоносителя путем изменения давления перед диафрагмой РГ, причем давление РГ и перепад давлений на диафрагме ДРГ фиксируются по индикаторному прибору. Плавным вращением ручки регулятора нагревательного устройства … устанавливается заданное значение термопары, установленной на входе по горячей стороне (ТГ1).

Устанавливаем с помощью ручки регулятора нагревательного устройства … заданное значение термопары, установленной на входе по холодной стороне ТХ1.

Регистрация измеренных величин производится по индикаторному прибору и дублируются на мониторе.

Результаты экспериментов заносятся в протокол испытаний (табл. 1 и табл. 2).


Протоколы экспериментальных значений.


Таблица 1.



режима

Схема

вклю-

чения

Гор

тепло-

носит

Хол

тепло-

носит

Геометрические параметры

D1

D11

D2

D21

D3

T

L

-

-

-

-

м

м

м

м

м

м

м

1































2
































Таблица 2.



режима

Параметры давления

Параметры температуры

DPГ

DРХ

РГ

РХ

ТГ

ТХ

ТГ1

ТХ1

ТГ2

ТХ2




кгс/м2

оС

1































2
































С помощью регуляторов расхода и нагрева теплообменник переводится на следующий тепловой режим и аналогичным образом снимаются необходимые показания.

По окончании проведения опытов на заданных режимах производится перевод всех регуляторов в исходное положение.


x/xгл достигается при t/h @ 10, причем максимум Nu/Nuгл не зависит от формы турбулизатора, а максимум x/xгл сильно зависит (он минимален при плавной форме турбулизатора).

Проведенный анализ позволил выбрать рациональный метод интенсификации теплообмена в каналах любого поперечного сечения и разработать способы его реализации.

Для трубчатых теплообменных аппаратов предложен следующий метод интенсификации теплообмена. На наружной поверхности теплообменных труб накаткой наносят периодически расположенные кольцевые канавки. При этом на внутренней поверхности труб образуются кольцевые диафрагмы с плавной конфигурацией. Диафрагмы и кольцевые канавки турбулизируют поток в пристенном слое и обеспечивают интенсификацию теплообмена как снаружи, так и внутри труб. При этом не увеличивается наружный диаметр труб, что позволяет использовать их в тесных пучках и не менять существующей технологии сборки трубчатых теплообменных аппаратов.

Данные поверхности теплообмена применяются в трубчатых аппаратах, работающих на газах и жидкостях, а также при кипении и конденсации теплоносителей.

Увеличение коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления в трубах с кольцевыми диафрагмами по сравнению с гладкими удобно учитывать отношениями Nu/Nuгл и x/xгл при одинаковых числах Re.

При определении коэффициентов теплоотдачи в трубах с кольцевыми диафрагмами и в пучках труб с кольцевыми канавками увеличение поверхности теплообмена не учитывалось, т. е. плотность теплового потока рассчитывалась по поверхности гладкой трубы. При определении Re и коэффициента гидравлического сопротивления x скорость потока рассчитывалась по проходному сечению гладких каналов.

Были найдены оптимальные параметры турбулизаторов. Установлено, что отрывные зоны как источники вихревых структур формируют неустойчивость вязкостных течений, расширяя тем самым переходную область (Re = 2000 … 5000), в которой достигаются наиболее эффективные соотношения между ростом коэффициента теплоотдачи и гидравлического сопротивления (Nu/Nuгл = 2,83 при x/xгл = 2,85).

На основе выявленного механизма взаимодействия искусственных турбулизаторов с потоком в области перехода и слаборазвитой турбулентности установлено, что рациональная интенсификация достигается в этих условиях при достаточно больших высотах диафрагм (d11/d1 = 0,92) и оптимальном шаге t/d1 = 1.

В области развитого турбулентного течения наиболее эффективные результаты получаются при невысоких диафрагмах (d11/d1 = 0,94) и небольшом шаге (t/d1 = 0,25 … 0,5).

Изменение Nu/Nuгл и x/xгл в зависимости от d11/d и t/d1 и при Re = 4105 с увеличением высоты диафрагмы (с уменьшением d11/d1) отношение Nu/Nuгл вначале резко возрастает, а затем стабилизируется. Гидравлическое сопротивление с увеличением высоты диафрагм возрастает сначала плавно, а затем резко. В области малых высот диафрагмы (d11/d1 = 0,96 … 0,993) изменяется диапазон изменения d11/ d1 и t/d1 , в котором рост теплоотдачи равен или опережает рост гидравлического сопротивления, т. е. Nu/Nuгл > x/xгл. Соотношения Nu/Nuгл = x/xгл при t/d1 = 0,25 увеличиваются с ростом Re, достигая значения ~ 2 при Re = 4 105.

Теоретический анализ структуры турбулентных течений в каналах и отрывной зоне, как источника увеличения турбулентности в потоке, а также экспериментальные исследования турбулентности в каналах различного поперечного сечения позволили обнаружить признанную в качестве научного открытия неизвестную ранее закономерность изменения теплоотдачи на стенках каналов с дискретной турбулизацией потока при вынужденной конвекции.

Дискретная турбулизация заключается в том, что в определенном диапазоне соответствующих размеров и расположении турбулизаторов рост теплоотдачи больше роста гидравлического сопротивления по сравнению с аналогичным гладким каналом. Использование практически реализуемого соотношения Nu/Nuгл < x/xгл позволяет при заданных значениях тепловой мощности и гидравлического сопротивления теплообменника уменьшить не только объем аппарата, но и площадь его поперечного сечения.

Применение данного метода интенсификации позволяет уменьшить объем теплообменного аппарата примерно в два раза при неизменных значениях тепловой мощности и мощности на прокачку теплоносителя.

T*, T/* ,T//* - соответствующие температуры горячего и холодного теплоносителей.


Точки, в которых производятся измерения соответствующих параметров, отображены на условном изображении окна измерений.

Единицы измерений приведены в заголовках столбцов вместе с самими параметрами.

Контрастным цветом на рисунке выделена строка, соответствующая измерению, которое в данный момент анализируется.

Выбор анализируемой диаграммы осуществляется путем подведения курсора и нажатием левой кнопки "мыши" на нужной строке таблицы.

Добавление строки в список можно осуществить только при наличии исправной аппаратуры (см. Редактирование-Внести в список).

Удаление анализируемой строки из списка можно осуществить в любое время (см. Редактирование-Удалить из списка).


1   2   3   4   5



Похожие:



Если Вам понравился наш сайт, Вы можеть разместить кнопку на своём сайте или блоге:
refdt.ru


©refdt.ru 2000-2013
условием копирования является указание активной ссылки
обратиться к администрации
refdt.ru