Увеличение теплопроизводительности конвекторов с помощью размещения теплообменных элементов в вертикальном вытяжном канале

Представлены результаты экспериментальных исследований конвекторов, выполненных на базе проволочных теплообменников, размещенных в вытяжном канале. Исследованы конструкции от одного до четырех рядов. Получено, что наращивание теплообменных элементов в вертикальном ряду приводит к уменьшению относите...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Цаканян, О.С., Кошель, С.В., Цаканян, С.О.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України 2010
Назва видання:	Проблемы машиностроения
Теми:	Теплопередача в машиностроительных конструкциях
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141839
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Увеличение теплопроизводительности конвекторов с помощью размещения теплообменных элементов в вертикальном вытяжном канале / О.С. Цаканян, С.В. Кошель, С.О. Цаканян // Проблемы машиностроения. — 2010. — Т. 13, № 5. — С. 25-31. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-141839
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1418392025-02-09T11:39:21Z Увеличение теплопроизводительности конвекторов с помощью размещения теплообменных элементов в вертикальном вытяжном канале Increased heat output convectors by placing heat-exchange elements in a vertical exhaust duct Цаканян, О.С. Кошель, С.В. Цаканян, С.О. Теплопередача в машиностроительных конструкциях Представлены результаты экспериментальных исследований конвекторов, выполненных на базе проволочных теплообменников, размещенных в вытяжном канале. Исследованы конструкции от одного до четырех рядов. Получено, что наращивание теплообменных элементов в вертикальном ряду приводит к уменьшению относительной теплопередачи, а в горизонтальном – к повышению. С увеличением шага в вертикальном ряду уменьшается влияние теплового следа, что способствует повышению относительной теплопередачи до 32%. Наведені результати експериментальних досліджень конвекторів, виконаних на базі дротових теплообмінників, розміщених у витяжному каналі. Досліджено конструкції від одного до чотирьох рядів. Отримано, що нарощування теплообмінних елементів у вертикальному ряду призводить до зменшення відносної теплопередачі, а в горизонтальному – до підвищення. Зі збільшенням кроку у вертикальному ряду зменшується вплив теплового сліду, що сприяє підвищенню відносної теплопередачі до 32%. The results of experimental studies convectors made on the basis of the wire heat exchangers placed in the exhaust duct. Investigated designs from one to four rows. It was found that the buildup of heat-exchange elements in a vertical row leads to a decrease in the relative heat transfer, and in the horizontal - to increase. With increasing pitch in the vertical sequence the effect of the thermal trace, thereby increasing the relative heat transfer up to 32%. 2010 Article Увеличение теплопроизводительности конвекторов с помощью размещения теплообменных элементов в вертикальном вытяжном канале / О.С. Цаканян, С.В. Кошель, С.О. Цаканян // Проблемы машиностроения. — 2010. — Т. 13, № 5. — С. 25-31. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141839 536.24 ru Проблемы машиностроения application/pdf Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Теплопередача в машиностроительных конструкциях Теплопередача в машиностроительных конструкциях
spellingShingle	Теплопередача в машиностроительных конструкциях Теплопередача в машиностроительных конструкциях Цаканян, О.С. Кошель, С.В. Цаканян, С.О. Увеличение теплопроизводительности конвекторов с помощью размещения теплообменных элементов в вертикальном вытяжном канале Проблемы машиностроения
description	Представлены результаты экспериментальных исследований конвекторов, выполненных на базе проволочных теплообменников, размещенных в вытяжном канале. Исследованы конструкции от одного до четырех рядов. Получено, что наращивание теплообменных элементов в вертикальном ряду приводит к уменьшению относительной теплопередачи, а в горизонтальном – к повышению. С увеличением шага в вертикальном ряду уменьшается влияние теплового следа, что способствует повышению относительной теплопередачи до 32%.
format	Article
author	Цаканян, О.С. Кошель, С.В. Цаканян, С.О.
author_facet	Цаканян, О.С. Кошель, С.В. Цаканян, С.О.
author_sort	Цаканян, О.С.
title	Увеличение теплопроизводительности конвекторов с помощью размещения теплообменных элементов в вертикальном вытяжном канале
title_short	Увеличение теплопроизводительности конвекторов с помощью размещения теплообменных элементов в вертикальном вытяжном канале
title_full	Увеличение теплопроизводительности конвекторов с помощью размещения теплообменных элементов в вертикальном вытяжном канале
title_fullStr	Увеличение теплопроизводительности конвекторов с помощью размещения теплообменных элементов в вертикальном вытяжном канале
title_full_unstemmed	Увеличение теплопроизводительности конвекторов с помощью размещения теплообменных элементов в вертикальном вытяжном канале
title_sort	увеличение теплопроизводительности конвекторов с помощью размещения теплообменных элементов в вертикальном вытяжном канале
publisher	Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Теплопередача в машиностроительных конструкциях
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141839
citation_txt	Увеличение теплопроизводительности конвекторов с помощью размещения теплообменных элементов в вертикальном вытяжном канале / О.С. Цаканян, С.В. Кошель, С.О. Цаканян // Проблемы машиностроения. — 2010. — Т. 13, № 5. — С. 25-31. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series	Проблемы машиностроения
work_keys_str_mv	AT cakanânos uveličenieteploproizvoditelʹnostikonvektorovspomoŝʹûrazmeŝeniâteploobmennyhélementovvvertikalʹnomvytâžnomkanale AT košelʹsv uveličenieteploproizvoditelʹnostikonvektorovspomoŝʹûrazmeŝeniâteploobmennyhélementovvvertikalʹnomvytâžnomkanale AT cakanânso uveličenieteploproizvoditelʹnostikonvektorovspomoŝʹûrazmeŝeniâteploobmennyhélementovvvertikalʹnomvytâžnomkanale AT cakanânos increasedheatoutputconvectorsbyplacingheatexchangeelementsinaverticalexhaustduct AT košelʹsv increasedheatoutputconvectorsbyplacingheatexchangeelementsinaverticalexhaustduct AT cakanânso increasedheatoutputconvectorsbyplacingheatexchangeelementsinaverticalexhaustduct
first_indexed	2025-11-25T22:26:08Z
last_indexed	2025-11-25T22:26:08Z
_version_	1849802955789697024
fulltext	ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 2 25 УДК 536.24 О. С. Цаканян, канд. техн. наук С. В. Кошель, канд. техн. наук С. О. Цаканян Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины г. Харьков, E-mail: koshel@ipmach.kharkov.ua) УВЕЛИЧЕНИЕ ТЕПЛОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОНВЕКТОРОВ С ПОМОЩЬЮ РАЗМЕЩЕНИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ВЕРТИКАЛЬНОМ ВЫТЯЖНОМ КАНАЛЕ Представлены результаты экспериментальных исследований конвекторов, выполнен- ных на базе проволочных теплообменников, размещенных в вытяжном канале. Исследо- ваны конструкции от одного до четырех рядов. Получено, что наращивание теплооб- менных элементов в вертикальном ряду приводит к уменьшению относительной тепло- передачи, а в горизонтальном – к повышению. С увеличением шага в вертикальном ряду уменьшается влияние теплового следа, что способствует повышению относительной теплопередачи до 32%. Наведені результати експериментальних досліджень конвекторів, виконаних на базі дротових теплообмінників, розміщених у витяжному каналі. Досліджено конструкції від одного до чотирьох рядів. Отримано, що нарощування теплообмінних елементів у вертикальному ряду призводить до зменшення відносної теплопередачі, а в горизонта- льному – до підвищення. Зі збільшенням кроку у вертикальному ряду зменшується вплив теплового сліду, що сприяє підвищенню відносної теплопередачі до 32%. Введение Интерес, проявленный к исследованию процессов теплообмена в трубных спираль- но-тороидальных теплообменных элементах (ТЭ) с проволочным оребрением, вызван их высокой удельной энергоэффективностью, т.е. высокой теплоотдачей при малой материало- емкости. Эти теплообменные поверхности образованы путем пайки металлического прово- лочного каркаса к металлической трубе. Высокая интенсивность теплоотдачи при поперечном обтекании проволочных спи- рально-тороидальных поверхностей теплообмена обусловлена малым периметром обтекания провода, величина которого в 50 раз меньше, чем у существующих теплообменных поверх- ностей, используемых в водяных отопительных приборах. Физика этого явления объясняет- ся тем, что при обтекании потоком воздуха поверхностей с малым определяющим размером не успевает развиваться тепловой пограничный слой. Толщина его мала, а значит, мало и тепловое сопротивление. Это утверждение также следует из известных критериальных зависимостей по теп- лоотдаче тел простейшей формы при их вынужденном или свободном поперечном обтека- нии потоком жидкости в неограниченном пространстве в спокойной среде [1]. В этих усло- виях наблюдается максимальная теплоотдача. Каркас поверхности теплообменника представляет собой систематизированную упо- рядоченную спирально-тороидальную конструкцию из проволочных элементов, при обтека- нии которых происходят взаимовлияния между ними, что уменьшает величину как конвек- тивной, так и лучистой составляющих коэффициента теплоотдачи по сравнению с выше- упомянутыми зависимостями. Основным преимуществом спирально-тороидальной прово- лочной теплообменной поверхности является то, что в относительно малом объеме удается существенно развить площадь поверхности теплообмена при достаточно высокой конструк- ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 2 26 тивной жесткости и прозрачности. В работе [2] описаны закономерности теплопередачи для однорядных конструкций теплообменников, состоящих из трубчатых теплообменных эле- ментов, которые имеют проволочное оребрение. Эти закономерности учитывают влияние порядка десяти геометрических параметров теплообменного элемента на теплоотдачу. На- стоящая работа является развитием предыдущей, и здесь изучаются закономерности, свя- занные с поиском оптимальных конструкций отопительных приборов конвективного типа. Задача исследования заключается в поиске оптимальной (с точки зрения максималь- ной теплоотдачи) конструкции проволочной спирально-тороидальной теплообменной по- верхности, встроенной в вытяжной канал прямоугольной формы и обладающей необходи- мой конструкционной жесткостью для заданных условий эксплуатации. Влияние количества теплообменных элементов при их размещении в вытяжном канале с шагом, равным диаметру ТЭ, на интенсивность теплопередачи при естественном движении воздуха Решение поставленной задачи становится возможным после изучения физических закономерностей теплоотдачи при изменении геометрических и режимных характеристик на уровне отдельного теплообменного элемента и их расположения относительно друг друга в вертикальном вытяжном канале. Экспериментальные исследования показали, что основной причиной, влияющей на интенсивность теплоотдачи в условиях естественной конвекции, является так называемый «тепловой след». Он образовывается при нагреве воздуха в резуль- тате теплообмена с поверхностью нагревателя, после чего поток воздуха, нагревшись, под- нимается вверх по каналу из-за разности плотностей. В горизонтальной плоскости эпюра распределения температуры воздуха после контакта с теплообменником имеет неравномер- ный характер. Интенсивность теплоотдачи зависит от температуры воздуха, омывающего поверхность теплообмена. Чем величина ее меньше, тем выше температурный напор и ин- тенсивность теплоотдачи. По мере подъема струи теплого воздуха размываются и переме- шиваются с холодным воздухом и далее на своем пути могут соприкасаться с другими час- тями проволочного каркаса. Чем дальше в горизонтальном измерении будут отстоять друг от друга элементы проволочной поверхности, тем меньше влияния на теплоотдачу оказыва- ет «тепловой след», т.е. геометрические параметры и сам рисунок поверхности теплообмена существенно влияет на интенсивность теплоотдачи. В условиях естественной конвекции влияние «теплового следа» на теплоотдачу на- блюдается на уровне конструктивного исполнения теплообменных элементов и на уровне их размещения в ограниченном объеме корпуса прибора, особенно при их вертикальной ком- поновке. Для теплообменных элементов с проволочным оребрением спирально-тороидальной формы (рис. 1) увеличение коэффициента теплоотдачи будет происходить с ростом межпе- l d т р D тэ 2 3 4 t dпр 1 D сп Рис. 1. Эскиз теплообменных элементов с проволочным оребрением спирально-тороидальной формы ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 2 27 тельного шага l (при этом уменьшается коэффициент оребрения) и относительного диаметра теплообменного элемента Dтэ/dтр. При этом также увеличивается «прозрачность» проволоч- ной поверхности, что приводит к уменьшению аэродинамического сопротивления, увеличи- вая скорость движения воздушного потока, а значит, и коэффициент теплопередачи. Исследование проводилось на трех вариантах ТЭ: 1 – Dтэ = 50 мм, dтр = 15 мм, dпр = 0,9 мм, Dсп = 17,5 мм, kор = 6,75; 2 – Dтэ = 40 мм, dтр = 15 мм, dпр = 0,9 мм, Dсп = 12,5 мм, kор = 6,75; 3 – Dтэ = 55 мм, dтр = 15 мм, dпр = 1,2 мм, Dсп = 19,5 мм, kор = 5,4. На рис. 2 представлены варианты компоновки ТЭ при их горизонтальном и верти- кальном размещении в вытяжном канале с шагом, равным диаметру ТЭ. При этом количест- во трубок в горизонтальном и вертикальном рядах изменяется от 1 до 4, поэтому они образ- но представлены многоточием между конструкциями. Также ниже приведены результаты теплопередачи при размещении ТЭ в пространстве, ограниченном вертикальной поверхно- стью стены, горизонтальными поверхностями пола и подоконника при отсутствии стенок кожуха. Для группы теплообменных элементов, размещенных в ограниченном объеме (вы- тяжной канал) – конвекторов, собранных в виде пучка труб, размещенного вертикально или горизонтально – наблюдаются следующие закономерности теплоотдачи (рис. 3): с увеличе- нием количества теплообменных элементов в горизонтальном ряду с 1 до 4 теплопередача увеличивается для вариантов 1, 2 и 3 соответственно в 1,166, 1,138 и 1,23 раза, а в верти- кальном – уменьшается в 2,149, 2,54 и 1,4 раза. Характер зависимостей теплопередачи по- хож друг на друга, а различие по абсолютной величине и диапазону изменения объясняется разными значениями геометрических характеристик ТЭ с одинаковыми поверхностями теп- лообмена. Для каждого варианта ТЭ имеется две зависимости, которые следует интерпрети- ровать как верхнюю и нижнюю границы изменения теплопередачи теплообменников. Верх- няя граница теплопередачи характеризует горизонтальное размещение ТЭ, имеет макси- мальные значения, поскольку отсутствует влияние теплового следа на ТЭ. При вертикаль- ном размещении ТЭ на величину теплопередачи максимальное влияние оказывает тепловой след. На рис. 3 обозначены следующие конструкции: 1а – вариант 1 ТЭ при высоте вы- тяжного канала 600 мм с горизонтальным расположением трубок; 2а – вариант 2 ТЭ при вы- соте вытяжного канала 600 мм с горизонтальным расположением трубок; 3а – вариант 3 ТЭ при высоте вытяжного канала 400 мм с горизонтальным расположением трубок; 1б – вари- ант 1 ТЭ при высоте вытяжного канала 600 мм с вертикальным расположением трубок; 2б – Рис. 2. Возможная компоновка теплообменных элементов с проволочным оребрением в вытяжных каналах ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 2 28 вариант 2 ТЭ при высоте вытяжного канала 600 мм с вертикальным рас- положением трубок; 3б – вариант 3 ТЭ при высоте вытяжного канала 400 мм с вертикальным расположением трубок. Тенденция увеличения теп- лопередачи при увеличении ширины канала при компоновке ТЭ с мини- мальным шагом связана с уменьше- нием размывания восходящих струек теплого воздуха, в результате чего ТЭ, расположенные посередине, об- текаются воздухом с большей скоро- стью и имеют более высокую тепло- передачу, чем ТЭ, расположенные с краю, поскольку установившийся воздушный поток на выходе ТЭ тор- мозится сильнее из-за интенсивного перемешивания нагретого воздуха с окружающим. Тенденция уменьше- ния теплопередачи при вертикальном наращивании ТЭ объясняется в пер- вую очередь влиянием теплового следа, т.е. уменьшением температур- ного напора от нижнего элемента к верхнему по мере подъема воздуха, а во вторую – увеличением аэродинамического сопро- тивления. Традиционно особым интересом пользуются водяные отопительные приборы на- стенного типа, имеющие малую глубину встраивания (толщину). У современных отопитель- ных приборов она начинается с 60 мм. Диаметр ТЭ может изменяться от 40 до 60 мм, что дает перспективу создания приборов с меньшей глубиной встраивания. Здесь они могут ока- заться вне конкуренции, если увеличить теплоотдачу прибора с помощью минимизации влияния таких факторов, как тепловой след и температурный напор. Сравнение теплопере- дачи проволочных теплообменников (варианты 1–3), встроенных в вытяжной канал высотой 600 мм, и теплообменника со спирально-ленточным оребрением, имеющего геометрические размеры Dтэ = 39 мм, dтр = 15 мм, толщина ленты 0,5 мм, высота ленты 11,75 мм, kор = 12, дало превышение теплопередачи первых: вариант 1 – 530/330=1,6 раза, вариант 2 – 462/330 = 1,4 раза, вариант 3 – 335/330 = 1,02 раза. Увеличение поверхности ТЭ с пластинча- тым алюминиевым оребрением и коэффициентом оребрения порядка 20 может обеспечить равенство теплопередачи с вариантами 1 и 2. В то же время при постоянных поверхностях оребрения и несущей трубы проволочных теплообменников увеличение диаметра ТЭ с 40 до 60 мм приводит к увеличению теплопередачи в 1,43 раза. Влияние вертикального шага размещения теплообменных элементов в вытяжном канале на интенсивность теплопередачи при естественном движении воздуха Здесь рассматривается задача достижения максимальной тепловой мощности тепло- обменника, размещенного в свободном пространстве или в вытяжном канале при заданных габаритных размерах и количестве ТЭ, т.е. при одинаковой материалоемкости. Такая поста- новка позволит провести сравнение результатов при неизменных материальных затратах. Увеличение количества теплообменных элементов по вертикали повышает аэроди- намическое сопротивление, что приводит к уменьшению расхода воздуха через вытяжной канал, увеличению температуры воздуха и существенному уменьшению температурного Рис. 3. Зависимость среднего коэффициента теплопередачи теплообменников от количества теплообменных элементов в горизонтальном и вертикальном рядах при шаге размещения, равном диаметру ТЭ 40, 50 и 55 мм , температурном напоре 70 °С и расходе воды 360 кг/ч ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 2 29 напора от нижестоящего ТЭ к вышестоящему. С ростом вертикального шага размещения ТЭ увеличиваются конвективная и лучистая со- ставляющие коэффициента теплоотдачи как у теплообменников, размещенных в вытяжном канале, так и без него, установленных непо- средственно на стене. Увеличение шага между ТЭ в вертикальном канале приводит к вырав- ниванию температуры воздуха в сечении кана- ла перед теплообменной поверхностью выше- стоящего ТЭ. Это обстоятельство несколько увеличивает температурный напор и теплоот- дачу. Анализ результатов исследования тепло- отдачи показывает, что полное выравнивание температуры воздуха наступает при шаге, рав- ном шести диаметрам ТЭ. При дальнейшем увеличении шага теплоотдача мало изменяет- ся. Лучистые составляющие теплового потока между ТЭ и стенками канала и между самими теплообменными элементами увеличивается, причем переизлучение между ТЭ и стенками канала преобладает. На рис. 4 изображены результаты эксперимента для двухтрубного теплообменника, размещенного в канале из гипсокартона толщиной 12, высотой 600 и глубиной 60 мм при диаметре ТЭ 50 мм. Если принять, что аэродинамическое сопротивление конвектора остает- ся постоянным при изменении шага между двумя ТЭ от 50 до 310 мм (поскольку объем за- громождения канала ТЭ одинаков и высота неизменна), то основной причиной увеличения теплопередачи является увеличение температурного напора при незначительном росте пере- излучения теплового потока на стенки канала. Вторым способом уменьшения влияния теплового следа на теплопередачу конвекто- ра является организация раздельных притоков свежего воздуха для одного или нескольких ТЭ. На лицевой и задней стенках канала располагают щели для выхода теплого и входа хо- лодного воздуха. В этом случае конвектор представляет собой конструкцию, состоящую из нескольких автономных каналов, в каждом из которых находится один или несколько ТЭ. Эффект увеличения теплопередачи кон- вектора зависит от того, насколько будет преобладать доля теплопередачи, вызванная увеличением температурного напора по сравнению с долей теплопередачи в резуль- тате уменьшения естественной тяги из-за малой высоты автономных каналов и появ- лением на пути воздушного потока двух ме- стных сопротивлений (поворотов на 90°) в каждом из них. Достижение максимальной теплопередачи возможно при выборе опти- мальной величины шага по вертикали между ТЭ и количестве автономных каналов в кон- векторе. На рис. 5 и 6 представлены коэф- фициенты теплопередачи для конвекторов, собранных из ТЭ диаметрами 50 и 40 мм соответственно (варианты конструкций 1 и Рис. 4. Влияние вертикального шага расположения ТЭ на интенсивность теплопередачи в канале Рис. 5. Влияние шага между вертикальными рядами ТЭ диаметром 50 мм на теплопередачу ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 2 30 2). Зависимости 1–3 относятся к теплооб- менникам, заключенным в канале, а 4 и 5 – без канала. На рис. 5 и 6 обозначены ломаные при следующих условиях, при которых они были получены: 1 – максимальный коэффициент теплопередачи конвектора, достигнутый экспериментально выбором количества каналов и шага между ТЭ; 2 – коэффициент теплопередачи конвектора, достигнутый выбором шага между ТЭ; 3 – коэффициент теплопередачи конвектора при шаге, равном диаметру ТЭ; 4 – коэффициент теплопередачи конвектора, достигнутый выбором шага между ТЭ, при отсутствии вытяжного ка- нала; 5 – коэффициент теплопередачи конвектора при шаге, равном диаметру ТЭ, при от- сутствии вытяжного канала. Теплообменные элементы с небольшим относительным диаметром (менее 40/15 = 2,66) обладают малой прозрачностью, большим сопротивлением воздушному пото- ку, поэтому зависимости 2 и 3 на рис. 6 не сильно отличаются. Более подробно представле- ны результаты исследования ТЭ диаметром 50 мм (см. рис. 5). При одинаковой площади по- верхности оребрения ТЭ имеет относительный диаметр 3,33 ,что делает его более прозрач- ным и привлекает своей высокой теплопередачей. Зависимости 1 и 2 на рис. 5 существенно превышают теплопередачу, представленную зависимостью 3 (для двух рядов ТЭ в 1,33, для трех в 1,5, а для четырех в 1,4 раза). Сравнение коэффициентов теплопередачи одинаковых конструкций теплообменников, заключенных в вытяжной канал (1, 2 и 3), и без него (4 и 5) показывает, что вызывает интерес зависимость 4. Теплопередача этой конструкции при из- менении шага между элементами увеличивается при двух ТЭ, при трех имеет точку переги- ба, а по абсолютной величине мало отличается для трех и четырех элементов, представлен- ных зависимостью 2. Получается, что канал не дает преимущества по теплопередаче в этих случаях. Относительная теплопроизводительность конвекторов, содержащих ТЭ как с пла- стинчатым (медная труба с алюминиевыми пластинами), так и с проволочным (медная труба с медным проводом) оребрением представлена на рис. 7. Теплопроизводительность для за- висимости 1 рассчитана относительно двухтрубного ТЭ с пластинчатым оребрением (габа- риты пластины 100х50 мм), установленного в канал высотой 400 и глубиной 100 мм (каталог производственной фирмы «Кимрский завод теплового оборудования»). Для зависимостей 2 – 5 тепловые мощности рассчитаны относительно однотрубного ТЭ с проволочным оребре- нием, заключенного в канале высотой 600 и глубиной 40 (2 и 4) и 50 мм(3, 5 и 6). Зависимо- сти 1 и 3 получены при увеличении количества ТЭ по вертикали с шагом 50 мм, 2 – с шагом 40, 4 и 5 – при выборе оптимального шага между элементами по вертикали для диаметров ТЭ 40 и 50 мм соответственно, 6 и 7 – в результате выбора шага и количества автономных каналов для ТЭ диаметром 50 и 60 мм соответственно (для ТЭ диаметром 60 мм зависимость получена экстраполяцией). Анализируя приведенные результаты, видно, что теплообменни- ки с проволочным оребрением имеют преимущества перед пластинчатыми по относитель- ной теплопроизводительности и абсолютной, начиная с двухрядных конструкций теплооб- менников. Поскольку с ростом Dтэ уменьшается аэродинамическое сопротивление, то следу- Рис. 6. Влияние шага между вертикальными рядами ТЭ диаметром 40 мм на теплопередачу ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 2 31 ет ожидать увеличения тепло- производительности при увели- чении шага и количества авто- номных каналов. Выводы 1. Исходя из проведен- ных исследований, приведем наблюдаемые физические зако- номерности. Однотрубный теп- лообменник, расположенный в свободном пространстве вдоль стены, имеет максимальные конвективные и лучистые со- ставляющие коэффициента теп- лоотдачи. Наращивание ТЭ по вертикали приводит к умень- шению теплоотдачи, а по гори- зонтали – к повышению. Мак- симальная теплопередача на- блюдается у конвекторов с од- норядным вертикальным раз- мещением ТЭ. 2. Ослабление влияния теплового следа путем выбора шага по вертикали между ТЭ и количества автономных каналов позволяет увеличить теплопроизводительность конвекторов на 25% для двух-, на 32% для трех- и на 25% для четырехрядных конструкций. Наличие не- скольких автономных каналов в конвекторе помимо увеличения теплопроизводительности позволяет организовать ее ступенчатое многопозиционное регулирование со стороны воз- душной среды, т.е. изменением расхода воздушного потока с помощью воздушных клапа- нов. 3. Увеличение теплопроизводительности конвекторов при одном и том же количест- ве ТЭ путем изменения шага и организации автономных каналов экономит материальные средства, являясь существенным моментом при организации управления теплопроизводи- тельностью на уровне отопительного прибора. Это вызвано тем, что с целью сокращения времени разогрева помещения из холодного состояния мощность конвектора должна пре- восходить тепловые потери помещения как минимум в два раза. 4. С ростом диаметра ТЭ увеличивается абсолютная и относительная теплопроизво- дительность конвектора. Для ТЭ, диаметр которого равен 60 мм, увеличение теплопроизво- дительности при соблюдении равенства поверхностей по сравнению с Dтэ = 50 мм составит 7–10% по абсолютной величине. Литература 1. Михеев М. А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. – М.: Энергия, 1977. – 343 с. 2. Цаканян О. С. Теплоотдача пучков трубок с проволочным оребрением в каналах с естественной тягой воздуха / О. С. Цаканян, С. В. Кошель, С. О. Цаканян // Пробл. машиностроения. – 2009. – Т. 12, № 2. – С. 24–31. Поступила в редакцию 06.10.10 Рис. 7. Сравнение теплопроизводительности конвекторов с пластинчатым и проволочным оребрением

Увеличение теплопроизводительности конвекторов с помощью размещения теплообменных элементов в вертикальном вытяжном канале

Репозитарії

Схожі ресурси