Применение ледяных калориметров для исследования теплоотдачи поверхностей, формированных углублениями
Произведено сравнение погрешностей трех методов экспериментального определения теплоотдачи от цилиндров с различными типами формирования поверхности к поперечному потоку воздуха....
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2008
|
| Schriftenreihe: | Промышленная теплотехника |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61103 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Применение ледяных калориметров для исследования теплоотдачи поверхностей, формированных углублениями / Г.В. Коваленко, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2008. — Т. 30, № 2. — С. 5-12. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-61103 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-611032014-05-08T12:32:11Z Применение ледяных калориметров для исследования теплоотдачи поверхностей, формированных углублениями Коваленко, Г.В. Халатов, А.А. Тепло- и массообменные процессы Произведено сравнение погрешностей трех методов экспериментального определения теплоотдачи от цилиндров с различными типами формирования поверхности к поперечному потоку воздуха. Виконано порівняння похибок трьох методів експериментального визначення тепловіддачі від циліндрів з різними типами формування поверхні до поперечного потоку повітря. We have carried out a comparison of the errors of three methods of the experimental determination of heat transfer from cylinders with different types of surface formation to a transverse air flow. 2008 Article Применение ледяных калориметров для исследования теплоотдачи поверхностей, формированных углублениями / Г.В. Коваленко, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2008. — Т. 30, № 2. — С. 5-12. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61103 536.24:541.11 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Тепло- и массообменные процессы Тепло- и массообменные процессы |
| spellingShingle |
Тепло- и массообменные процессы Тепло- и массообменные процессы Коваленко, Г.В. Халатов, А.А. Применение ледяных калориметров для исследования теплоотдачи поверхностей, формированных углублениями Промышленная теплотехника |
| description |
Произведено сравнение погрешностей трех методов экспериментального определения теплоотдачи от цилиндров с различными типами формирования поверхности к поперечному потоку воздуха. |
| format |
Article |
| author |
Коваленко, Г.В. Халатов, А.А. |
| author_facet |
Коваленко, Г.В. Халатов, А.А. |
| author_sort |
Коваленко, Г.В. |
| title |
Применение ледяных калориметров для исследования теплоотдачи поверхностей, формированных углублениями |
| title_short |
Применение ледяных калориметров для исследования теплоотдачи поверхностей, формированных углублениями |
| title_full |
Применение ледяных калориметров для исследования теплоотдачи поверхностей, формированных углублениями |
| title_fullStr |
Применение ледяных калориметров для исследования теплоотдачи поверхностей, формированных углублениями |
| title_full_unstemmed |
Применение ледяных калориметров для исследования теплоотдачи поверхностей, формированных углублениями |
| title_sort |
применение ледяных калориметров для исследования теплоотдачи поверхностей, формированных углублениями |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Тепло- и массообменные процессы |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61103 |
| citation_txt |
Применение ледяных калориметров для исследования теплоотдачи поверхностей, формированных углублениями / Г.В. Коваленко, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2008. — Т. 30, № 2. — С. 5-12. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| series |
Промышленная теплотехника |
| work_keys_str_mv |
AT kovalenkogv primenenieledânyhkalorimetrovdlâissledovaniâteplootdačipoverhnostejformirovannyhuglubleniâmi AT halatovaa primenenieledânyhkalorimetrovdlâissledovaniâteplootdačipoverhnostejformirovannyhuglubleniâmi |
| first_indexed |
2025-07-05T12:08:59Z |
| last_indexed |
2025-07-05T12:08:59Z |
| _version_ |
1836808761112526848 |
| fulltext |
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 2 5
ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Виконано порівняння похибок трьох
методів експериментального визначен;
ня тепловіддачі від циліндрів з різними
типами формування поверхні до попе;
речного потоку повітря.
Метод, заснований на утворенні
льоду в калориметрі, має перевагу над
методом, що базується на вимірюванні
перепаду температур на стінці, характе;
ризується ілюстративністю, але посту;
пається методу, заснованому на таненні
льоду. Похибка методу, що базується на
утворенні льоду, має мінімум, який зале;
жить від тривалості процесу.
Произведено сравнение погрешнос;
тей трех методов экспериментального
определения теплоотдачи от цилиндров с
различными типами формирования по;
верхности к поперечному потоку воздуха.
Метод, основанный на образовании
льда в калориметре, имеет преимуще;
ство по сравнению с методом, основан;
ном на измерении перепада температур
на стенке, обладает иллюстративнос;
тью, но уступает методу, основанному
на таянии льда. Погрешность метода,
базирующегося на образовании льда,
имеет минимум, зависящий от продол;
жительности опыта.
We have carried out a comparison of
the errors of three methods of the experi;
mental determination of heat transfer from
cylinders with different types of surface
formation to a transverse air flow.
The method based on ice formation in
the calorimeter exceeds the method based
on the measurement of temperature differ;
ence at the wall, is illustrative but is inferior
to the method based on ice melting. The
error of the method based on the formation
has a minimum depending on the test
duration.
УДК 536.24:541.11
КОВАЛЕНКО Г.В., ХАЛАТОВ А.А.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ПРИМЕНЕНИЕ ЛЕДЯНЫХ КАЛОРИМЕТРОВ ДЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООТДАЧИ ПОВЕРХНОСТЕЙ,
ФОРМИРОВАННЫХ УГЛУБЛЕНИЯМИ
с – удельная теплоемкость;
D – диаметр лунки;
F – площадь цилиндрической (теплоотдающей)
поверхности калориметра;
F – отношение поверхности калориметра после
образования углублений к исходной
поверхности гладкого цилиндра;
Nu – число Нуссельта, определенное по
параметрам потока;
Pr – число Прандтля, определенное по
параметрам потока;
Q – количество теплоты;
q – тепловой поток;
Re – число Рейнольдса, определенное по
параметрам потока и диаметру цилиндра;
r – теплота фазового перехода;
S – средняя толщина слоя льда в калориметре;
t – температура;
V – объем воды (льда);
α – коэффициент теплоотдачи от поверхности
цилиндра;калориметра к омывающему его
воздуху;
δ – толщина стенки калориметра;
Δ – глубина лунки;
Δt – разность температур;
Δz – абсолютная погрешность;
ε – относительная погрешность;
λ – коэффициент теплопроводности;
ρ – плотность;
τ – время процесса замораживания воды или
плавления льда.
Индексы:
вх – воздух на входе в рабочий участок;
з – замерзшая вода;
р – растаявший лед;
e – наружная поверхность;
f – вода в калориметре;
fr – величина, относящаяся к процессу замерза;
ния воды в калориметре;
i – лед;
М – величина, вычисленная в процессе таяния
льда в калориметре;
Т – величина, вычисленная по перепаду температур
в стенке калориметра;
w – стенка калориметра.
В Институте технической теплофизики НАН
Украины проводится цикл работ по исследованию
поверхностных генераторов вихрей (выступов, уг;
лублений специальной формы) для различных
приложений. Теплообменные поверхности с уг;
лублениями являются энергетически выгодны;
ми. В некотором диапазоне скоростей обтекания
относительное увеличение теплоотдачи, вызван;
ное применением углублений, превышает отно;
сительный рост гидравлического сопротивления
[1,2]. При поперечном обтекании цилиндра, по;
верхность которого покрыта системой углубле;
ний, возможны дополнительные эффекты, не
сводящиеся к суммированию воздействий от от;
дельных углублений по следующим причинам: 1 –
интенсификация теплообмена происходит в не;
которой зоне за углублениями [3,4]; 2 – отрыв
пограничного слоя в некотором диапазоне чисел
Рейнольдса сдвигается вниз по потоку [5].
В подавляющем большинстве проведенных
исследований изучались симметричные углубле;
ния, представляющие собой сферические
сегменты (например [6]). В последнее время
появился ряд работ, показывающих, что асимме;
тричные углубления, как интенсификаторы теп;
лообмена, обладают некоторыми преимущества;
ми по сравнению с симметричными [7, 8].
Изучение теплоотдачи поверхностей, форми;
рованных углублениями, потребовало разработ;
ки специальных методов измерения, так как
сложная геометрия поверхности приводит к ее
неизотермичности и дополнительным методиче;
ским погрешностям. Известны калориметричес;
кие методы исследования, когда тепловой поток
определяется по толщине цинковой корки, на;
мороженной на наружной поверхности модели
[9, 10]. Целый спектр энтальпийных калоримет;
ров, в том числе и ледяных, описан в [11].
В настоящей работе описана методика приме;
нения ледяных калориметров для эксперимен;
тального исследования теплообмена цилиндров,
размещенных в однорядном пучке, при попереч;
ном обтекании потоком воздуха. Проведено
сравнение разработанных методик со способом,
основанным на измерении температурного пере;
пада на стенке.
Поверхность исследуемых цилиндров была
формирована симметричными и асимметричны;
ми углублениями, расположенными в коридор;
ном или шахматном порядке. Для сравнения ис;
следовался и однорядный пучок гладких
цилиндров. Опыты проводились в низкоскорост;
ной аэродинамической трубе открытого типа.
Схема рабочего участка приведена на рис. 1. Воз;
дух от компрессора, обеспечивавшего произво;
дительность до 360 г/с, через влагоотделитель и
электрический подогреватель подавался в рабо;
чий участок. Давление на входе в рабочий учас;
ток поддерживалось постоянным. Входная тем;
пература воздуха стабилизировалась с помощью
регулятора, воздействовавшего на подогреватель.
На входе в рабочий участок устанавливался хоней;
комб 1 , собранный из трубок с наружным диаме;
тром 12 мм при толщине стенки трубки 0,2 мм.
Вход в рабочий участок был выполнен в виде
конфузора 2, спроектированного по кривой Ви;
тошинского, со степенью поджатия 1,2 для обес;
печения равномерного профиля входной скоро;
сти перед пучком исследуемых цилиндров 3.
Каждый из этих цилиндров выполнялся в виде
калориметра. В экспериментальной установке
предусматривались режимы как нагрева исследу;
емых цилиндров, так и их охлаждения. Для осу;
ществления охлаждения использовался турбоде;
тандер, в режимах нагрева турбодетандер
демонтировался.
Рабочий участок представлял собой прямо;
угольный канал сечением 80х100 мм и длиной
500 мм. Стенки рабочего участка изготавлива;
лись из оргстекла с шероховатостью поверхности
6 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 2
ТЕПЛО; И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 1. Схема экспериментального участка.
1 – хонейкомб; 2 – конфузор; 3 цилиндр�калориметр.
не более Rz 1,0. Поперек канала устанавливались
три цилиндра диаметром 25 мм. Шаг расположе;
ния цилиндров составлял 33,3 мм, а их оси были
параллельны короткой стороне канала. Исследо;
вались также режимы обтекания одиночного ци;
линдра. Общая длина каждого цилиндра состав;
ляла 220 мм. Параметры теплообмена и потока
измерялись около центрального цилиндра, в
средней части которого длиной 80 мм был встро;
ен калориметр. Концы цилиндров тщательно
термоизолировались и помещались в непроточ;
ные воздушные камеры.
Трубки;калориметры были изготовлены из не;
ржавеющей стали 1Х18Н9Т со следующими гео;
метрическими параметрами: наружный диаметр –
25 мм; толщина стенки – 2 мм; длина участка
трубки, покрытой углублениями – 110 мм. Углуб;
ления представляли собой цилиндрические впа;
дины диаметром 3 мм, 2,2 мм и 1 мм, боковая по;
верхность которых сочленялась с дном радиусом
0,4 мм. Изготавливались углубления с помощью
фрезерования. Геометрические характеристики
испытанных образцов приведены в табл. 1. По;
верхность цилиндров формировалась цилиндри;
ческими углублениями, расположенными как в
коридорном (№ 2...7), так и в шахматном поряд;
ке (№ 8…10). Для сравнения испытывался пучок
гладких цилиндров (№ 1) при тех же параметрах
потока. Первую группу образцов с углублениями
(№ 2...5) составляли цилиндры с симметричны;
ми углублениями, образованными фрезами, оси
которых во время фрезерования углублений про;
ходили через ось цилиндра. Во вторую группу
входили образцы с асимметричными углублени;
ями (№ 6...10). В этом случае при обработке об;
разца ось фрезы была смещена по отношению к
оси цилиндра на некоторое расстояние. В резуль;
тате этого асимметричные углубления получались
переменной глубины. В графах табл. 1 (№ 6…10)
приведены два значения глубины углублений:
максимальное – 0,59 мм и минимальное – 0 мм.
В случае асимметричных углублений возможны
два типа обтекания образца: тип Е, когда поток
первоначально попадает в глубокую часть углуб;
ления (№ 9), и тип Н, когда поток входит в мелкую
часть углубления (№ 6…8). Оба типа обтекания
асимметричных углублений проиллюстрированы в
[7]. Рельефы на правых и левых половинах ци;
линдров в образцах № 5…9 симметричны относи;
тельно направления потока. Углубления на левом
полуцилиндре выполнены при смещении оси
фрезы влево, а на правом – при смещении ее
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 2 7
ТЕПЛО; И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Та б л . 1 . Параметры исследованных цилиндров
вправо. Углубления на образце № 10 сделаны при
фиксированном положении фрезы. Таким обра;
зом, на разных половинках этого образца одно;
временно сосуществуют два типа обтекания – Е и Н.
Температура на входе в пучок измерялась хро;
мель;копелевой термопарой и ртутным термоме;
тром (tвх). В среднем по высоте сечения цилинд;
ра;калориметра с помощью хромель;копелевых
термопар измерялись температуры наружной по;
верхности в лобовой, кормовой и боковых точ;
ках, а также температура воды (льда) в центре ка;
лориметра (tf). Холодные спаи термопар
находились в термостате с тающим льдом. Диа;
метр электродов термопар составлял 0,1 мм, а их
кончики, образующие спай, развальцовывались
до толщины 0,025 мм. Все термопары проходили
индивидуальную градуировку по лабораторному
ртутному термометру с ценой деления 0,1 оС. По;
казания термопар регистрировались с помощью
цифрового вольтметра. Другие особенности экс;
периментального стенда описаны в [7]. Звуковые
колебания, в том числе и частота срыва вихрей с
трубки; калориметра и отдельных рядов углубле;
ний, измерялись пьезокерамическим датчиком,
прижатым к торцу калориметра с постоянным
усилием, сигнал от которого подавался на вход
анализатора спектра. Расход воздуха, поступав;
шего в рабочий участок, контролировался расхо;
домерной диафрагмой с дифференциальным ма;
нометром. Поле скоростей воздуха перед и за
калориметрами определялось с помощью трубки
Пито;Прандтля, перемещавшейся в средней
плоскости канала с помощью координатного ус;
тройства (U1). Измерение скорости воздуха за
калориметрами дублировалось с помощью ане;
мометра (Ue). Граница зоны обратных токов за
средним цилиндром определялась по достиже;
нию нулевого показания трубки Пито;Прандтля
при ее перемещении по продольной оси рабоче;
го участка. Перепад статического давления на
пучке измерялся водяным наклонным маномет;
ром в средней плоскости канала на боковой стен;
ке в точках на расстоянии 100 мм перед плоско;
стью осей цилиндров и на расстоянии 178 мм
после нее. Последнее значение выбиралось из
соображения, чтобы зона обратных токов после
цилиндра на всех исследовавшихся режимах бы;
ла меньше области, на границах которой измеря;
ется разность давлений. Потери теплоты через
стенку определялись с помощью датчика тепло;
вого потока.
В диапазоне чисел Рейнольдса от 780 до 22600
использовался метод определения количества
переданной теплоты, основанный на заморажи;
вании воды. Воздух после турбодетандера имел
температуру –12 … –32 оС. Количество теплоты,
отводимой от цилиндра;калориметра, определя;
лось по массе льда, образованного в процессе
опыта, длительность которого контролировалась
по секундомеру. В связи с тем, что расход воздуха
через турбодетандер ограничен его проходным
сечением, для получения больших скоростей об;
текания испытываемых трубчатых поверхностей
(780<Re<65000) применялась также и другая ме;
тодика опытов, основанная на таянии льда. При
этом поток воздуха после электрического подо;
гревателя непосредственно поступал на вход ра;
бочего участка. Для определения количества теп;
лоты, передававшейся от нагретого воздуха к
центральному цилиндру, использовался калори;
метр с тающим льдом. При этом перед экспери;
ментом обтекаемая воздухом часть среднего ци;
линдра заполнялась дистиллированной водой и
помещалась в морозильник для образования в
ней льда. В момент начала эксперимента ци;
линдр;калориметр устанавливался в рабочем
участке и подвергался обдуву воздухом. Средний
тепловой поток определялся по результатам взве;
шивания или измерения объема воды, образо;
вавшейся за определенный отрезок времени. Бы;
ла предусмотрена возможность взвешивать
оставшийся в калориметре лед.
Опыты проводились при таких параметрах:
скорость воздуха на входе в рабочий участок на;
ходилась в диапазоне 0,4…69 м/с, статическое
давление в нем было близко к атмосферному;
степень турбулентности потока на входе в рабо;
чий участок составляла 1,2%; число Рейнольдса
780<Re<110000. Каждый эксперимент при фик;
сированном числе Рейнольдса повторялся не;
сколько раз.
При использовании калориметров, работаю;
щих по принципу образования льда, цилиндры с
залитыми в них одинаковыми порциями дистил;
лированной воды (27,7 мл) выдерживались сутки
в термосе с ледяной рубашкой, помещенном в
8 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 2
ТЕПЛО; И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
холодильник. При этом начальная температура
воды в цилиндре;калориметре равнялась 0 оС.
Перед началом опыта в аэродинамической трубе
устанавливали запланированный режим – нуж;
ную скорость и температуру на входе в рабочий
участок. Причем во время “настройки” режима
на месте цилиндра;калориметра устанавливался
вспомогательный цилиндр таких же размеров.
Перед началом опыта вспомогательный цилиндр
вынимали и на его место устанавливали цилиндр;
калориметр. С этого момента начинался отсчет
времени образования льда. Продолжительность
опытов в зависимости от входной температуры и
скорости составляла от 100 до 600 с. Диапазон
входных температур tвх был от –3,7 до –27 оС. По;
сле истечения времени опыта τ цилиндр;калори;
метр извлекался из рабочего участка, и незамерз;
шая вода выливалась в бюретку для измерения
объема. Цилиндр;калориметр устанавливался над
сборником, где происходило таяние образовавше;
гося в нем льда и слив полученной воды в бюретку
для измерения объема Vз образовавшейся воды.
На рис. 2 показана фотография льда, образо;
вавшегося в цилиндре;калориметре через 120 с
после начала опыта. Толщина образовавшегося
льда характеризует (по крайней мере качествен;
но) распределение интенсивности теплоотдачи
по поверхности цилиндра.
Количество теплоты, которое нужно отвести
от боковой поверхности F цилиндра;калоримет;
ра для образования льда объемом Vз, может быть
оценено с помощью следующих выражений.
Максимальная оценка
, (1)
где первый член левой части определяет количе;
ство теплоты, отведенной от воды в калориметре,
а второй – количество теплоты, отведенной от
стенки калориметра.
Минимальная оценка
. (2)
При этом средняя толщина льда, образовав;
шегося в опыте, составляла
. (3)
В предположении малости температурного пе;
репада в металлической стенке выражение для
теплового потока через стенку калориметра име;
ет вид
. (4)
Коэффициент теплоотдачи от цилиндра;кало;
риметра к омывающему его воздуху определялся
из следующего выражения, полученного из (4):
. (5)
При использовании методики опытов, основан;
ной на таянии льда, обработка результатов произ;
водилась по формулам (1;5) с той лишь разницей,
что вместо объема замерзшей воды Vз использо;
вался объем растаявшего льда Vр, а в знаменателе
выражения для коэффициента теплоотдачи отсут;
ствовал последний член S/λ. При этом
вх
1
( )fr
f
i
F t t S
Q
α =
− τ
−
λ
вх
1
( )
1 f
fr i
q F t t
S
= −
+
α λ
з
/S V F=
з i
Q rV= ρ
( )з вх
/ 2
i w f w
Q rV c t t F= ρ + − δρ
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 2 9
ТЕПЛО; И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 2. Лед, образовавшийся
в цилиндре�калориметре
(стрелкой показано направление потока воздуха).
. (6)
Использование традиционной методики опре;
деления коэффициента теплоотдачи предполага;
ет измерение перепада температур на стенке и
разности температур наружной поверхности
стенки и потока.
Тепловой поток в этом случае определялся бы
по формуле
. (7)
Коэффициент теплоотдачи
. (8)
Определение погрешностей измерений произво;
дилось с учетом [12] и [13]. Средние значения изме;
ренных величин, абсолютные и относительные по;
грешности их определения сведены в табл. 2.
Сравнение погрешностей определения коэффици;
ентов теплоотдачи по перепаду температур в стенке и
с помощью калориметрического метода показывает,
что применение калориметрии позволяет уменьшить
погрешность более чем в три раза. Причем наиболее
точным является метод, основанный на таянии льда.
Метод, базирующийся на образовании льда,
сравним по погрешности с методом, основанным
T
T
вх
( ; )
we
q
F t t
α =
T
( )w
we f
q F t t
λ
= −
δ
м
вх
1
( )
f
F t t
Q
α =
− τ
10 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 2
ТЕПЛО; И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Та б л . 2 . Погрешности измерений
на измерении перепада температур на стенке.
Преимуществом его остается иллюстративность.
Отметим, что при использовании этого метода
существует минимум погрешности, который за;
висит от длительности процесса замораживания.
Наличие минимума объясняется тем, что, с од;
ной стороны, увеличение времени заморажива;
ния увеличивает среднее значение толщины льда
(а при фиксированной погрешности измерения
объема это ведет к уменьшению относительной
погрешности), а с другой – образование слоя
льда на внутренней поверхности калориметра
уменьшает тепловой поток от замерзающей во;
ды. Зависимость относительной погрешности
определения коэффициента теплоотдачи от вре;
мени процесса показана на рис. 3.
Результаты исследования теплоотдачи от ци;
линдров с различными типами формирования
поверхности, проведенные с использованием
разработанных калориметрических методов, по;
казаны на рис.4.
Наибольшая степень интенсификации тепло;
обмена получена для образцов с асимметричны;
ми углублениями, расположенными в шахмат;
ном порядке, когда поток первоначально попа;
дает в мелкую часть углубления (условное обо;
значение САНШ, табл. 1) [8].
Уравнение для теплообмена таких цилиндров
имеет следующий вид:
. (9)
На рис. 4 зависимость, соответствующая уравне;
нию (9), изображена штриховой линией. Относи;
тельная погрешность измерений составляет ±5%.
Выводы
1. Выполнен анализ погрешности экспери;
ментального определения теплоотдачи от цилин;
дров с различными типами формирования по;
верхности к поперечному потоку воздуха.
Произведено сравнение метода определения ко;
эффициента теплоотдачи, основанного на изме;
рении перепада температур на стенке с двумя эн;
тальпийными методами, базирующимися на
определении количеств образовавшегося или
растаявшего льда.
2. Показано преимущество энтальпийных
методов определения коэффициента теплоотда;
чи по сравнению с методом, основанным на из;
мерении перепада температур на стенке. Даже в
Nu 0,81 0,38 0,25
0,067Re Pr (Pr/Pr )= w
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 2 11
ТЕПЛО; И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 3. Зависимость относительной погрешности
определения коэффициента теплоотдачи от
времени процесса замораживания воды в
калориметре.
Рис. 4. Зависимость числа Нуссельта от числа
Рейнольдса для исследованных цилиндров.
(Обозначения – в табл. 1). Штриховая линия
соответствует уравнению (9).
случае стенки постоянной толщины относитель;
ная погрешность метода, основанного на таянии
льда в калориметре, в 3,3 раза меньше, чем при
измерении разности температур на стенке.
3. В связи с неизотермичностью теплообмен;
ной поверхности, формированной углублениями,
энтальпийные методы для определения средней
теплоотдачи находятся вне конкуренции.
4. Метод, основанный на образовании льда в
калориметре, имеет преимущество по сравнению
с методом, основанным на измерении перепада
температур на стенке, обладает иллюстративнос;
тью, но уступает методу, основанному на таянии
льда. Его погрешность имеет минимум в зависи;
мости от продолжительности опыта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Александров А.А., Горелов Г.М., Данильченко В.П.,
Резник В.Е. Теплоотдача и гидравлическое сопро;
тивление при обтекании поверхности с развитой
шероховатостью в виде сферических углублений
// Пром. теплотехника. – 1989. – Т. 11, №6. –
С.57– 63.
2. Афанасьев В.Н., Леонтьев А.И., Чудновский Я.П.
Теплоотдача и трение на поверхностях, форми;
рованных полусферическими лунками. – М.:
МГТУ, 1990. – 84с.
3. Боровой В.Я., Яковлев Л.В. Теплообмен при
сверхзвуковом обтекании одиночной лунки//
Механика жидкости и газа. – 1991. – №5. –
С. 48–52.
4. Кесарев В.С., Козлов А.П. Структура тече;
ния и теплообмен при обтекании полусферичес;
кого углубления турбулизированным потоком воз;
духа// Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. –
1993. – №1. – С.106 – 115.
5. Козлов А.П., Щукин А.В., Агачев Р.С. Гидро;
динамические эффекты от сферических углубле;
ний на поверхности трубы при поперечном обте;
кании// Известия ВУЗов. Сер. Авиационная тех;
ника. – 2000. – №4. – С. 27 – 34.
6. Беленький М.Я., Готовский М.А., Леках
Б.М., Фокин Б.С. Теплогидравлические характе;
ристики поперечно;обтекаемых поверхностей с
лунками// Теплоэнергетика. – 1995. – №1. –
С. 54 – 57.
7. Коваленко Г.В. Теплоотдача и гидравличес;
кое сопротивление трубчатых поверхностей с ци;
линдрическими лунками при поперечном обтека;
нии в однорядных пучках // Пром. теплотехника. –
1998. – Т. 20, №3. – С. 65 – 70.
8. Kovalenko G.V., Khalatov A.A. Fluid Flow and
Heat Transfer Features at a Cross;Flow of Dimpled
Tubes in a Confined Space// GT2002;38155
Proceeding of ASME Turbo Expo 2003 June 16;19,
2003, Atlanta, Georgia, USA.
9. Кикнадзе Г.И., Краснов Ю.К. Чушкин Ю.В.,
Самойлов А.Г., Ануров Ю.М., Кузнецов Н.Д., Наго2
га Г.П. Интенсификация массо; и теплообмена
(обзор полученных результатов). Препринт
ИАЭ;4390/10. М.: ЦНИИатоминформ, 1987. –
57 с.
10. Галкин М.Н., Бойко А.М., Харин А.А. Метод
определения внутренних граничных условий
теплообмена в охлаждаемых лопатках газовых
турбин// Изв. ВУЗов. Сер. Машиностроение. –
1972. – №8. – С. 48 – 52.
11. Хемингер В., Хене Г. Калориметрия – тео;
рия и практика. – М.: Химия, 1989. – 176 с.
12. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка
результатов наблюдений. – М.: Наука, 1970. –
104 с.
13. Moffat R.J. Describing the Uncertainties in
Experimental Results// Exp. Therm. Fluid Sci. –
1998. – 1. – № 3. – P. 15 – 17.
Получено 16.08.2007 г.
12 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 2
ТЕПЛО; И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
|