Способ определения коэффициента конвективного теплообмена

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА поверхности, заключающийся в измерении скорости и температуры теплоносителя , температуры поверхности, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров за счет определения коэффициента конвективного теплообмена в градиентных течениях с переменными теплофизическими свойствгиш, дополнительно измеряют перепад давления за счет гидравлического сопротивления теплообменной поверхности, а коэффициент конвективного теплообмена определяют по формуле Л,,, где fJuptА ,- . V 2 ЧЯжО (fж /pcrVer) 6 - определяющий геометрический размер, м; W - скорость теплоносителя, м/с; 4р - перепад давлений, отнесенный к одному ряду пучка или калибру. Па; Р - плотность, кинематическая вязкость, м Vc; п - показатель степени; и ст - параметры определения 00 при температуре потока и при температуре поверх 00 ности соответственно.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) с pl н 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ.! лП; . !Ф

l :.Þ, !Ч „ " т,ь !,(4 >м,, где 2 Е(p*М i

3- (У :к / ст "ст) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3466040/18-25 (22) 05.07.82 (46) 07.03 ° 84. Бюл. М 9 (72) Р.В. Улинскас, В.Ф. Закревский и A.A. Жукаускас (71) Институт физико-технических проблем энергетики AH Литовской ССР (53) 536.24(088.8) (56) 1. Осипова В.A..Ýêñïåðèìåíòàëüное исследование процессов теплообмена. М., Энергия, 1979, с. 164-173.

2. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник под ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. М., Энергоиздат, 1982, с. 162163 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА поверхности, заключающийся в измерении скорости и температуры теплоносителя, температуры поверхности, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров за счет определения коэффициента конвективного теплообмена в градиентных течениях с переменными теплофизическими свойствами, дополнительно измеряют перепад давления за счет гидравлического сопро„„SU„„107 А тивления теплообменной поверхности, а коэффициент конвективного теплообмена. определяют по формуле — определяющий геометричесO кий размер, м;

Ф вЂ” скорость теплоносителя, м/су др — перепад давлений, отнесенный к одному ряду пучка или калибру, 11a„.

- плотность, кг/м ; кинематическая вязкость, м /c;.

n — показатель степени; и ст - параметры определения при температуре потока и при температуре поверх . ности соответственно.

1078301

25 где

Nu/RePr = f/S (3)

80 - число Нуссельта, безразмерный коэффициент теплоотдачи1

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения коэффициента конвективного теплообмена (теплоотдачи) между потоком теплоносителя и поверхностью.

Известен способ fl) определения коэффициента теплоотдачи методом стационарного теплового потока, согласно которому теплообменную поверхность заданной формы и размеров по- 10 мещают в канал, где создают течение теплоносителя и измеряют температуру теплоносителя Ф, температуру поверхности 1, удельные тепловые потоки с, скорость Nt. Физические свойства 15 теплоносителя: плотность у, вязкость р., теплопроводность Л, теплоемкость

С определяют в отдельном экспериP менте. Результаты обрабатываются согласно теории подобия по зависимости

N CRå Pr (Р /P ) (1) где Й =о(.0/3 — ччиисслло о Нуссельта; и р = и С /Л вЂ” ч исло Прандл я;

Re= ®lf V . число Рейнольдса;

С вЂ” константа; в,п,p — показатели степени; д — интенсивность теплоотдачи поверхности;

1=+/у — кинематическая вязкость теплоносителя; определяющий размер; параметры определения при температуре теплоносителя; 35 ст — то же, при температуре стенки.

Из зависимости (1) вычисляют искомую величину коэффициента теплоот: "". (Р,i .,I

Недостатком известного способа является то, что величины С и в, полученные в эксперименте, справед- 45 ливы только для узких интервалов изменений геометрических размеров и режимов течений, а в обобщенном виде и при сложных поверхностях представляются тоже степенными функциями от конструктивных параметров теплообменных поверхностей.

Наиболее близким к предлагаемому является способ С23 определения коэффициента теплоотдачи в безградиентных течениях, заключающийся в измерении скорости и температуры тепло. ,носителя, температуры стенки с последующим расчетом коэффициента теплоотдачи по критериальным уравнениям вида

60 коэффициент гидравлического сопротивления

Уравнение (3) справедливо когда число Р = 1, профили скорости и температуры подобны. При более сложных течениях и P,r ) 1 предложены другие зависимости, в частности

МО= (4) 1+ьфв (pq .qj

, р РЗ

М =Е

Уж ж

А = f(y< 1 „, ; где

"1 = (Рщ щ!Рели определяющий геометрический размер, м;

W — - скорость теплоносителя,м/с;

4р - перепад давлений, отнесенный к одному ряду пучка, или калибру, Па; плотность, кг/м у — кинематическая вязкость,м /с;

- показатель степени; ж и ст — параметры определения при температуре потока и при температуре поверхности соответственно, где Ь - величина, учитывающая условную толщину вязкого подслоя, находится в пределах Ь= 3-12,7.

Недостатком известного способа является то, что в приведенном виде зависимостей (3 и 4) гидродинамической аналогии не учитывается переменность теплофизических свойств теплоносителя. Кроме того, известный способ неприемлем при.градиентных течениях, которые имеют место, например, в пучках труб с поперечным обтеканием и других поверхностях сложного профиля. Большое различие значений величины Ь(Ь = 3-12,7) затрудняет применение формулы в практических расчетах.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых параметрбв за счет определения коэффициента конвективного теплообмена в градиентных течениях с переменными теплофизическими свойствами.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения коэффициента конвективного теплообмена поверхности заключающемуся в измерении скорости и температуры теплоносителя, температуры поверхности, дополнительно измеряют перепад давления, за счет гидравлического сопротивления теплообменной поверхности, а коэффициент конвективного теплообмена определяют по формуле с(= — А А А (ц

0 1 2 Э

1О783О1 (6) w p e /p„V „

0,17

0,375

0,124

0,0124

10 -10

108 10

10 -1Î

0,23

0,29

При этом, как показали результаты анализа и обобщение экспериментальных данных, наиболее эффективные режимные теплоотдачи для различных поверхностей могут быть обобщены зависимостью где величины В и Д приведены в таблице.

Путем сопоставления величины A определенной в эксперименте, с А „,ф может быть проведена оптимизация поверхности в плане определения условий осуществления теплосъема с максимальным коэффициентом конвективного теплообмена.

На фиг. 1 приведена схема определения коэффициента теплообмена; на фиг. 2 — график зависимости А

=Е(Р/арй Р» 4 ); на фиг. 3 — график

1эФзависимости А =Х(р„,М ю).

Ррафик на фиг. 2 характеризует интенсивность теплообмена в зависимости от величины мощности, затрачиваемой на движение теплоносителя.

На этом графике представлены характеристики разных поверхностей: пучков гладких, оребренных, шероховатых труб при поперечном обтекании, пластинчатых поверхностей волнистого профиля, типа конфузор-диффузор, ребристых, перфорированных и др. На фиг. 3 приведены графики зависимости A2=Е(р ) для некотоhM Ф рых жидких и газовых теплоносителей: 1 — вода, 2 — масло, 3 — воздух, азот при давлении 0,09 МПа.

Величина А . соответствует произведеи нию Л Рп при показателе степени и= 0,36.

Для определения величины коэффициента интенсивности теплообмена необходимы измеренные параметры:

t>,Ж, Ьу, Р . Температура поверхйости t требуется для расчета поправки на изменение теплофизических свойств теплоносителя в зависимости от температуры. При этих величинах температуры определяют у и ), входящие в выражение А> а значение показателя степени принимается равным

n= 0,14, Определение с(, в однофазном потоке начинают с составления иэ известных величин комплекса %Ape 1„=

=Е и Re, где число Эйлера Eu=ep/y% а также произведения р< 4+, где ве3 личины у и 1 определяют при средней температуре потока теплоносителя. По графику зависимости

А =Е(Фьр1 /р ) ) (фиг. 2) находят у A« H no rpagHKy A (y 4 )

Щ Ф.

10 (фиг. 3) находят величину А2. Подставляя найденные значения в выражение (5) и введя характерный размер

1/Г и поправку А> находят искомую величину с(.

15 Это предварительный расчет. Когда теплообменные поверхностИ выбраны, производят их экспериментальное исследование и доводку конструктивных параметров. Полученные в эксперименте величины А сопоставляют с расчетными А1эфпо выражению (6) для эталонных поверхностей. При этом уменьшают до минимума дополнитель ые, несвязанные с интенсификацией конвективного теплообмена, гидравлические сопротивления, устанавливают диапазон режимов эффективной работы теплообменника путем сравнения данных эксперимента и расчета, а также оценки отклонений из выражения эФ) 0 85

Даннйй способ основан на опытном обобщении многочисленных измерений интенсивности теплоотдачи разных теплообменных поверхностей и теплофизических свойств теплоносителей.

В результате обобщений получена зависимость (6), которая и является эталоном для сравнения.

Зависимость А2=Е (о„,.М ) обобща3. ет теплофизические свойства теплоносителей. Эта зависимость позволяет аппроксимировать теплофизические свойства газовых теплоносителей прямыми линиями. То же получается для

45 газов при разных давлениях. Предлагаемый способ позволяет оценить эффективность теплообменника в потоках при заданных характеристиках насоса и физических свойствах теплоносителя, а также вновь создаваемых теплообменных поверхностей до проведения экспериментов °

Использование данного спосооа позволяет также выделить эталонные зависимости и для других групп поверхностей, например пучков труб при продольном обтекании и др. Линии таких зависимостей будут располагаться несколько ниже по отношению (6) . Наличие предельных эталонных зависимостей обеспечит возможность стандартизации теплообменных поверхностей. Каждая работающая поверхность должна иметь коэффициент теплообмена не ниже установленных 5 пределов отклонений от эталона.

1078301

10

l0, ®0 0 0 Р„4

f02

108

Фиг. Р

f0"rZ

Фиа J

ВНИИПИ Закаэ 936/36 Тираж 823 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4