Введение к работе
Актуальность работы. Теплообмснные аппараты (ТА) и устройства с газообразными теплоносителями в настоящее время широко применяются в различных отраслях техники. Однако, из-за малой теплопроводности газов такие ТА обладают большими габаритами и весом. В настоящее время известны многочисленные данные по разнообразным методам интенсификации конвективного теплообмена. Однако особенность задачи интенсификации конвективного теплообмена заключается в том, что она приобретает реальное содержание лишь в совокупности с задачей о затрате мощности на прокачку теплоносителя. Именно опережающий рост гидросопротивления по сравнению с ростом теплоотдачи существенно уменьшает экономический эффект от применения в ТА большинства известных в настоящее время интенсификаторов.
В последнее время в литературе появились немногочисленные работы, направленные на исследования теплообмена и трения на поверхностях со сферическими интенсификаторами, свидетельствующие о том, что такие углубления существенно интенсифицируют теплоотдачу при умеренном росте гидравлического сопротивления.
Однако все исследования, проведённые в прямоугольных щелевых каналах со сферическими углублениями, относятся лишь к случаю течения в канале с односторонним расположением интенсификаторов. В то время как в реальных теплообменных аппаратах, например при нанесении интенсификаторов на поверхности теплообмена в пластинчатых ТА, или на поверхности рёбер трубчатых ТА, в соседних каналах неизбежно возникает различное сочетание сферических интенсификаторов в виде выступов и выемок. Таким образом, для создания высокоэффективных ТА необходимы исследования теплогидравлических характеристик каналов с различным сочетанием сферических интенсификаторов на верхней и нижней стенках канала.
Цель работы. Выполнить экспериментальное исследование теплоотдачи и трения в щелевых каналах с различным сочетанием сферических интенсификаторов на противоположных стенках. Выявить влияние взаимного расположения интенсификаторов на теплогидравлические характеристики исследуемых каналов. Получить обобщающие зависимости для расчета теплообмена и трения. Провести визуализацию с целью уточнения физической картины течения в каналах с сочетаниями сферических интенсификаторов. Создать расчётную методику для приближённого расчёта теплоотдачи и трения в таких каналах.
Научная новизна. Получены новые экспериментальные данные по теплоотдаче и трению в щелевых каналах с двусторонним расположением
сферических углублений. Выявлено влияние их взаимного расположения на теплогидравлические характеристики каналов.
Проведено обобщение экспериментальных данных. Получены оригинальные обобщающие зависимости по теплоотдаче и трению в каналах с односторонним и двусторонним расположением сферических выемок, справедливые в широком диапазоне влияющих геометрических и режимных параметров.
Проведённая в работе визуализация течения показала, что при сочетании в щелевом канале сферических выступов и углублений характерные смерчеобразные структуры не образуются.
Практическая ценность. Полученные в данной работе экспериментальные данные и обобщающие зависимости позволяют производить расчёт теплообмена и трения в каналах с различным сочетанием сферических углублений на противоположных стенках и могут быть использованы при проведении оптимизации геометрических параметров высокоэффективных компактных пластинчатых ТА и поверхностей оребрения.
Представленные в данной работе результаты внедрены в отделе 009 ЦИАМ, о чём имеется акт о внедрении.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на: итоговой научно - технической конференции КГТУ им. А.Н.Тупопева за 1991 - 1993 гг.; Международной научной конференции "Гагаринскис чтения"(Москва 1995 г); Международной научно - технической конференции "Механика машиностроения" (Набережные Челны, 1995); Thirteenth National Heat and Mass Transfer Conference (Surathkal, India, 1995); International Seminar on Power Plant Installations and Problems of Aircraft Instrument Making (Kazan 1995); Минском международном форуме (Минск 1996 г.). По результатам работы опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложения общим объёмом 158 страниц, в том числе 64 рисунка на 40 страницах, список литературы состоит из 90 наименований.