Исследование обтекания и теплообмена в коридорных пучках труб с вихрегенераторами

Введение 8
Глава 1 Современное состояние исследований гидродинамики и теплообмена в пучках труб 10
1.1 Особенности обтекания одиночного цилиндра 10
1.2 Гидродинамика и теплообмен при обтекании коридорного пучка труб……………………………………………………………………………….21
1.3. Методы повышения теплогидравлической эффективности пучков теплообменных труб 27
1.4. Практическое использование пучков труб в теплоэнергетическом оборудовании 36
1.5. Выводы по гл.1. и постановка цели и задач исследования 40
Глава 2 Методология экспериментального исследования обтекания и теплоотдачи пучков труб с поверхностными интенсификаторами 43
2.1 Объект исследования 43
2.2 Описание экспериментального стенда 45
2.3 Рабочий участок для исследования гидравлического сопротивления и теплоотдачи в пучках труб 47
2.4 Рабочий участок для визуализации обтекания пучков труб и исследования количественных характеристик течения 48
2.5 Методика проведения исследований гидравлического сопротивления и теплоотдачи в пучках труб 50
2.6 Методика проведения визуализации обтекания одиночных и пучков труб и исследования количественных характеристик течения 50
2.7 Методика обработки результатов исследований гидравлического сопротивления и теплоотдачи в пучках труб 51
2.8 Методика обработки исследования количественных характеристик течения 58
2.9 Оценка неопределенности измерений 59
2.10 Выводы по второй главе 64
Глава 3 Анализ результатов экспериментального исследования 65
3.1 Тестовые опыты 65
3.2. Исследование теплогидравлических характеристик пучков труб 67
3.3 Визуализация обтекания одиночных цилиндров 71
3.4 Исследование структуры потока при обтекании одиночных труб. 81
3.5 Выводы по третьей главе 84
Заключение 86

Весь текст будет доступен после покупки

В настоящее время исследования по повышению тепловой эффективности и снижению сопротивления пучков труб при их поперечном обтекании актуально, в связи с широким использованием пучков труб в аппаратах воздушного охлаждения технологических жидкостей, масел, природного газа, в котлах-утилизаторах и экономайзерах энергетических и промышленных котлоагрегатов, кожухотрубчатых теплообменниках при перекрестном токе теплоносителей (на которые приходится 80% всех теплообменников в мире), охладители холодильных систем и систем кондиционирования и вентиляции, и т.д.
Повышение теплоаэрогидравлической эффективности поперечно обтекаемых пучков теплообменных труб может быть достигнуто за счет либо интенсификации теплоотдачи, либо снижения их аэро или гидродинамического сопротивления, либо комбинацией данных методов.
Наиболее часто используемые и известные методы снижения сопротивления пучков труб, это повышение скорости обтекания пучка труб, заключающееся в возникновении в пограничном слое на обтекаемом теле турбулентного течения; использование хорошо обтекаемых профилей труб и выбора компоновочных решений пучков труб (с выбором рациональных поперечных и продольных шагов; шахматных, коридорных, комбинированных, неравномерных и прочих компоновок);установки дефлекторов и вихрегенераторов, вращения и вибрации труб в пучке для сужения зоны отрыва (аэродинамического следа).

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1 Современное состояние исследований гидродинамики и теплообмена в пучках труб

1.1 Особенности обтекания одиночного цилиндра
На рисунке 1.1 схематично представлены обтекание цилиндра в стационарно движущемся потоке со скоростью V и зависимость коэффициента лобового сопротивления C_D от Re.
Рисунок дает наглядное представление об общем характере отекания течением жидкости цилиндра при различных Re. Мгновенная картина течения получается с помощью трассеров. Благодаря таким рисункам нам дается простое представление о сложной картине обтекания препятствий жидкостью.
I режим (Re<5- ползущее течение): При таких числах Рейнольдса поток ламинарный и установившийся. Однако в продольном сечении относительно цилиндра из-за замедленного течения поток асимметричен.
II режим ( 5?Re?50- течение с парой стационарных вихрей): Поток становится более асимметричным из-за роста критерия Re. За цилиндром образуются пара стационарных вихрей и след – это область замедленного потока, которая колеблется от одной стороны к другой. Таким образом, уменьшаются ширина следа и коэффициент лобового сопротивления C_D из-за возрастания числа Рейнольдса.
III режим ( 50?Re?500- появление дорожки Кармана): След в данном интервале критерия Рейнольдса характеризуется двойным рядом равномерно расположенных вихрей. В расчете область 2?Re?500 представляет переходный режим.
IV режим ( 500?Re??2•10?^5- автомодельный): Поток, который прилегает к цилиндру, является почти установившимся. За цилиндром вихреобразующие слои имеют неустойчивый характер и распадаются в беспорядочные структурные образования, характерные для турбулентности. Таким образом, свободная турбулентность развивается в течениях со сдвигом без непосредственного влияния твердых границ потока.
V режим ( Re>?2•10?^5): Структурированность дорожки Кармана нарушается и приобретает турбулентный характер течения. При турбулентном перемешивании импульс от внешнего потока передается в пограничный слой, где скорости растут. Таким образом, из-за смещения точки отрыва вниз по потоку ширина застойной зоны за телом становится меньше. Образуется кризис сопротивления – резкое уменьшение сопротивления.

Рисунок 1.1 – Обтекание цилиндра поперечным потоком жидкости

Следует отметить, что, отрыв жидкости происходит из-за того, что жидкость пограничного слоя, заторможенная поверхностным трением, перемещаться вдоль поверхности противоположно нарастающему давлению, не может (рисунок 1.2). Жидкость к точке отрыва движется с двух сторон. Существует зона медленного рециркуляционного течения – это зона между твердой поверхнотью и вихревым слоем. Таким образом, при возрастании числа Re вихреобразующие слои со сдвигом вокруг цилиндра менее устойчивы.

Весь текст будет доступен после покупки

-

Весь текст будет доступен после покупки