Введение к работе
Актуальность исследований
Теплообмснныс аппараты (ТА), входящие в состав энергетических
и двигательных установок космических и летательных аппаратов во
многом определяют юс массо - габаритные характеристики, поэтому
стремление сделать ТА компактными и повысить выходные
характеристики делает проблему интенсификации теплообмена
исключительно важной. Поскольку одновременно с интенсивностью
теплообмена в каналах увеличивается и гидравлическое сопротивление,
при оптимизации ТА необходимо учитывать теплогидравлическ'ую
эффективность теплопередающих поверхностей, которая может быть
различной для различных значений чисел Рейнольдса. Для сравнения
теплогидравлической эффективности разрабатываются специальные
методы, причем, как правило, сравнение теплогидравлической
эффективности ТА проводится для однотипных каналов, с предъявлением определенных требований к форме представления экспериментадьных данных. Поэтому, для более широкого охвата теплопередающих поверхностей, существует необходимость в проведении сравнения теплогидравлической эффективности для геометрически неподобных каналов ТА, в том числе с интенсификацией теплообмена, по экспериментальным данным, представленным в произвольной форме. Наблюдаемый в настоящее время рост цен на энергоносители и сокращение их разведанных запасов приводят к необходимости широкого использования в энергетике эффективных ТА, позволяющих, при заданных массо - габаритных характеристиках, экономно расходовать энергоресурсы за счет высоких выходных характеристик, или же, при заданных выходных характеристиках, уменьшать металлоемкость и габариты ТА. Этот фактор повышает роль исследований интенсификации теплообмена и методов сравнения теплогидравлической эффективности. Ранее опубликованные методы сравнения теплогидравлической эффективности ТА не позволяют проводить всесторонний анализ тсплогидравлических характеристик различных форм теплопередающих поверхностей при разных способах интенсификации теплообмена и указать для каждого из них область преимущественного применения, что приводит к необходимости разработки обобщающего метода сравнения теплогидравлической эффективности ТА.
Целжмбощ:
- расчетно - экспериментальное исследование закономерностей
теплообмена и гидравлического сопротивления в условиях
интенсификации теплообмена в каналах различной формы за счет
искусственной турбулизации потока;
разработка нового обобщающего метода сравнения теплогидравлической эффективности теплопередающих поверхностей ТА, позволяющего сравнивать поверхности произвольной конфигурации, в том числе геометрически неподобные, по экспериментальным данным, представленным в произвольном виде, и не предполагающего процедуры прямого расчета на заданные режимные параметры;
анализ теплогидравлических закономерностей течений теплоносителей в каналах различной формы;
- сравнение теплогидравлической эффективности ТА при течениях
теплоносителя внутри труб разной конфигурации и в межтрубном
пространстве пучков при их продольном и поперечном обтекании
теплоносителем.
Научная новязна_результатов работы:
выполнено обширное расчетно - экспериментальное
исследование теплогидравлических характеристик течений
теплоносителей в различных каналах с искусственной турбулизацией потока и получены новые критериальные зависимости, описывающие теплообмен и гидравлическое сопротивление;
разработан новый обобщающий метод сравнения теплогидравлической эффективности теплопередающих поверхностей ТА, позволяющий существенно расширить область исследований за счет привлечения более широкого круга экспериментальных данных;
установлено, что относительная теплогидравлическая эффективность трубных пучков зависит от значений определяющих параметров и для различных областей изменения этих параметров может быть либо меньше, либо превышать эффективность других пучков;
обнаружено атияние теплофизических свойств теплоносителей на результаты сравнения теплопередающих поверхностей;
получены новые зависимости, отражающие результаты сравнения теплогидравлической эффективности теплопередающих поверхностей при течении теплоносителей внутри труб разной конфигурации, в том числе с интенсифихаторами теплообмена и в межтрубном пространстве пучков труб при их продольном и поперечном обтекании в зависимости от определяющих режимных и геометрических параметров;
Практическая ценность результатов работы
Выполненные в диссертации исследования имеют большую
практическую ценность, поскольку рациональное применение
полученных в работе данных по теплообмену и его интенсификации
позволяет создать теплообменнике аппараты, которые, работая в составе
энергетических и двигательных установок, приводят к сокращению
потребления энергетических ресурсов и улучшению рабочих
характеристик. Транспортные наземные, летательные и космические
аппараты с более эффективными теплообменниками будут легче,
компактнее, дешевле и обладать повышенными выходными
характеристиками. Практическая ценность результатов работы
заключается также в том, что в ней даны практические рекомендации
по выбору геометрических параметров и конфигураций широкого класса
трубных пучков, в том числе, с интенсификаторами теплообмена,
необходимые при проектировании теплообменных аппаратов.
Разработанный в диссертации новый метод сравнения
теплогидравлической эффективности теплопередающих поверхностей может быть использован при проектировании ТА как непосредственно, так и в качестве первого шага итерации численного анализа баз данных по тсплопередаюшим поверхностям. Полученные результаты исследования, сделанные выводы и рекомендации были использованы при разработке проектов ядерной энергодвигатсльной установки (ЯЭДУ), а также ТА систем охлаждения выхлопных газов стендов для испытания прямоточных воздушно - реактивных двигателей.
Bjxaimpiij)a6pTe_3awmU!ijOTCHіследующиелюлржєнмя:
і. Результаты исследования теплогидравлических характеристик в различных каналах с искусственной турбулизацией потока методом теплообменника типа "труба в трубе" и полученные критериальные зависимости.
2. Новый обобщающий метод сравнения теплогидравлической
эффективности теплопередающих поверхностей, в том числе при
отсутствии геометрического подобия.
-
Анализ экспериментальных данных по теплообмену и сопротивлению для течения внутри труб разной конфигурации, в межтрубном пространстве пучков при течении вдоль и поперек труб.
-
Результаты анализа теплогидравлической эффективности, позволившего установить границы областей преимущественного применения рассмотренных теплопередающих поверхностей.
Ащіобадвя^езульттв^аботьі
Результаты диссертационной работы докладывались на двух всесоюзных конференциях "Опыт эксплуатации и пути совершенствования теплообменного оборудования ", Севастополь, в 1991 и 1992 годах, на международной конференции "First International Conference on Aerospace Heat Exchanger Technology", Palo Alto, USA, в
1993 году, на международном симпозиуме "International Symposium on New Developments in Heat Exchangers", Lisbon, Portugal, в 1993 году и на первой Российской национальной конференции по теплообмену, Москва, в 1994 году. Результаты отражены в четырех публикациях [2-4,6] и двух научно-технических отчетах [1, 5].
Стр^кгурлж_о&ьеи^ра_бопі
Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов. Объем работы составляет 152 страшщы, включая 42 рисунка, 4 таблицы и список литературы из 102 наименований.