Теплообмін пакетів труб із поперечними нахиленими ребрами методами повного та локального моделювання.

 

При вивченні тепловіддачі, в більшості випадків, допускаються деякі спрощення, відхилення методів дослідження процесів теплообміну. Авторами використовуються методи локального теплового моделювання [21, 22, 23, 34]. Характерною особливістю даного методу є те, що теплообмін відбувається не у всіх трубках пакета, а в деяких, або в поодинокій трубі. Процес теплообміну, що моделюється, подібний до реального тільки в тому випадку коли встановлюється однакова температура по всьому набігаючому на даний ряд потокові повітря. Проте рівномірність температурного поля залежить від конфігурації геометрії поверхні, пакета і швидкості руху потоку.

При дослідженні тепловіддачі методом повного теплового моделювання нагріваються (або охолоджуються) всі труби пакета. При цьому калориметричні (вимірювальні) труби розміщуються в кожному поперечному ряді.

Отримані висновки про відповідність коефіцієнтів тепловіддачі методами повного та локального теплового моделювання, вельми суперечливі [2, 6, 48, 7]. В окремих випадках застосування методів локального моделювання може привести до суттєвих помилок.

З метою виявлення закономірностей процесів теплообміну при поперечному обтіканні пакетів труб з нахиленими ребрами потоком набігаючого повітря були проведені дослідження методами повного та локального теплового моделювання при стаціонарному тепловому потоці.

При локальному методі дослідження тепловіддачі обігрівались чотири труби, розміщені по діагоналі пакета, по одній трубі в кожному повздовжньому ряді пакета (контрольні труби калориметрів (рис.2.5.)). При повному тепловому моделюванні обігрівались всі труби пакета. За температуру потоку приймалась середньо арифметична температура на вході і виході із робочої ділянки.

Експериментальний стенд та методика обробки даних описані в розділі 2.1., 2.2.. В дослідах порівнювались шахові та коридорні чотирьох рядні пакети оребрених труб при розміщенні ребер відносно руху набігаючого потоку повітря по варіантам А і В (рис.2.3.). Крок труб вибирався із умов щільної компоновки і становив S₁=S₂=50 мм.

На рис.2.15, 2.16 представлені результати теплотехнічних досліджень відзначених пакетів труб при локальному та повному тепловому моделюванні. При цьому максимальна похибка теплотехнічних вимірювань не перевищила 10%.

При розміщенні труб відносно набігаючого потоку повітря по варіанту (А), для коридорної компоновки труб (рис 2.16.), значення приведених і конвективних коефіцієнтів тепловіддачі, в межах похибки дослідів, не залежали від методу моделювання.

Варіант А

Варіант В

Рис. 2.17. Порівняння коефіцієнтів тепловіддачі при повному ( - α_к, - α_пр) та локальному ( - α_к, - α_пр) тепловому моделюванні для пакетів труб коридорної компоновки варіантів А та В.

 

Варіант А

Варіант В

Рис. 2.18. Порівняння коефіцієнтів тепловіддачі при повному ( - α_к, - α_пр) та локальному ( - α_к, - α_пр) тепловому моделюванні для пакетів труб шахової компоновки варіантів А та В.

 

На противагу цьому, для варіанта (В) коридорної компоновки (рис 2.16.), спостерігалось значне перевищення значень коефіцієнтів тепловіддачі при використанні метода локального теплового моделювання. При цьому збільшення невідповідності значень для порівнюваного конвективного (α_к) та приведеного (α_пр) коефіцієнтів тепловіддачі спостерігалось із збільшенням швидкості повітря. Так при мінімальній швидкості (ω_жп= 3,4м/с) відхилення становило 12% для (α_к) і 9% для (α_пр) та 13% і 15% для (α_к) та (α_пр) відповідно, при максимальній швидкості в живому перерізі (ω_жп=9,8 м/с).

Це можна пояснити тим, що обтікання ребер потоком набігаючого повітря для варіанта (А) відбувається по довшій осі еліпса (рис.2.17.) та створює більш рівномірне обтікання всіх “застійних” зон оребреної труби ніж для варіанта (В). Тому для варіанта (А) коридорної компоновки труб допускається використання методу локального теплового моделювання. Для варіанта (В) спостерігається обтікання потоком повітря по короткій осі еліпса в наслідок чого відбувається нерівномірний розподіл температурного поля та відмічені відхилення значень коефіцієнтів тепловіддачі для методів повного та локального моделювання. Тому для варіанта (В) коридорної компоновки використання метода локального моделювання може привести до неправильної оцінки дійсних значень коефіцієнтів тепловіддачі.

Рис. 2.19. Обтікання одинокого ребра потоком набігаючого повітря.

 

Для шахової компоновки оребрених труб (рис.2.16.) із нахиленими ребрами для варіантів (А) і (В) спостерігається аналогічна картина коридорній компоновці варіанта (В). Збільшення значень коефіцієнтів тепловіддачі для метода локального моделювання складає:

· для варіанта (А) від 12% до 17% для (α_к) та від 10% до 13% для (α_пр) в діапазоні швидкостей (ω_жп=3,4 ÷8,6 м/с);

· для варіанта (В) від 12% до 13% для (α_к) та від 6% до 10% для (α_пр) в діапазоні швидкостей (ω_жп=3,8 ÷9,7 м/с).

Отже, локальний метод теплового моделювання може бути використаний тільки для варіанта А коридорної компоновки труб, у всіх інших випадках потрібно застосовувати метод повного теплового моделювання для зменшення ймовірної похибки експерименту.