Теплообмен за двумя рядами углублений различной геометрической формы
Представлены экспериментальные данные по теплообмену на плоской пластине за двумя рядами поверхностных углублений различной геометрической формы. Переход к турбулентному режиму за углублениями первого и второго ряда происходит по “байпасному” механизму. Наведено дослідні дані теплообміну на плоскій...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61296 |
| 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: | Теплообмен за двумя рядами углублений различной геометрической формы / В.Н. Онищенко, А.А. Халатов, С.В. Шевцов // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 6. — С. 10-15. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859694632944795648 |
|---|---|
| author | Онищенко, В.Н. Халатов, А.А. Шевцов, С.В. |
| author_facet | Онищенко, В.Н. Халатов, А.А. Шевцов, С.В. |
| citation_txt | Теплообмен за двумя рядами углублений различной геометрической формы / В.Н. Онищенко, А.А. Халатов, С.В. Шевцов // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 6. — С. 10-15. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Представлены экспериментальные данные по теплообмену на плоской пластине за двумя рядами поверхностных углублений различной геометрической формы. Переход к турбулентному режиму за углублениями первого и второго ряда происходит по “байпасному” механизму.
Наведено дослідні дані теплообміну на плоскій пластині за двома рядами поверхневих заглиблень різної геометричної форми. Перехід до турбулентного режиму за заглибленнями першого та другого ряду відбувається за “байпасним” механізмом.
The experimental data on the flat plate after the dual array of surface indentations is given. Transition to the turbulent flow downstream of dimples of the first and second array occurs according to the “bypass” mechanism.
|
| first_indexed | 2025-12-01T00:11:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
Введение
В течение последних десяти лет достигнут су;
щественный прогресс в изучении теплообмена и
гидродинамики около поверхностных углубле;
ний [1;3]. Углубления обладают уникальными
гидродинамическими свойствами, такими как
низкие гидравлические потери, примерно экви;
валентный рост теплообмена и сопротивления,
нестационарные флуктуации за углублением.
«Игра вихрей» около поверхности с многорядны;
ми углублениями представляет собой не хаотиче;
скую группу пульсирующих вихрей, а «самоорга;
низованную» вихревую систему, взаимно
координирующую свое поведение в пространст;
ве и времени. Эти свойства чрезвычайно важны
как при совершенствовании различных термога;
зодинамических процессов, так и при разработке
новых вихревых технологий аэротермодинами;
ки, горения, тепло; и массообмена.
Подавлящее большинство опубликованных
опытных данных посвящено одиночным углуб;
лениям цилиндрической и сферической формы и
многорядным системам сферических углублений
на плоской поверхности [1, 2]. Ограниченные ре;
зультаты, представленные в работе [3], показыва;
ют, что геометрическая форма углублений играет
определенную роль в формировании нестационар;
ной структуры потока за одиночным углублением.
В технических приложениях, в частности в
компактных теплообменниках, горелочных уст;
ройствах и системах контроля отрыва потока
весьма привлекательными являются двухрядные
системы углублений, которые устанавливаются
через определенное расстояние. Данные по теп;
лообмену за двумя рядами углублений в литера;
туре отсутствуют. В настоящей работе приводят;
ся экспериментальные результаты исследования
теплообмена за двумя рядами углублений раз;
личной геометрической формы со следующими
варьируемыми параметрами:
Форма углублений на плоской поверхнос;
ти: сферическая, цилиндрическая, ромбовидная,
квадратная.
Относительная глубина h/D = 0,20 и 0,30,
которая соответствует наиболее оптимальным
теплогидравлическим характеристикам системы
углублений [1].
10 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Наведено дослідні дані теплообміну
на плоскій пластині за двома рядами по)
верхневих заглиблень різної геометрич)
ної форми. Перехід до турбулентного
режиму за заглибленнями першого та
другого ряду відбувається за “байпа)
сним” механізмом.
Представлены экспериментальные
данные по теплообмену на плоской плас)
тине за двумя рядами поверхностных уг)
лублений различной геометрической фор)
мы. Переход к турбулентному режиму за
углублениями первого и второго ряда про)
исходит по “байпасному” механизму.
The experimental data on the flat plate
after the dual array of surface indentations
is given. Transition to the turbulent flow
downstream of dimples of the first and sec)
ond array occurs according to the “bypass”
mechanism.
УДК 532.516: 536.24.01
ОНИЩЕНКО В.Н., ХАЛАТОВ А.А., ШЕВЦОВ С.В.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ТЕПЛООБМЕН ЗА ДВУМЯ РЯДАМИ УГЛУБЛЕНИЙ
РАЗЛИЧНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ
D – диаметр углубления;
h – глубина углубления;
H – высота канала;
S – шаг;
W – скорость потока на входе в канал;
x, z – прямоугольные координаты;
Nux = αx /λ – число Нуссельта;
Rex = Wx /ν – число Рейнольдса;
α – коэффициент теплоотдачи;
λ – коэффициент теплопроводности;
ν – кинематический коэффициент вязкости.
Относительный шаг углублений в попе;
речном к набегаемому потоку направлении
Sx /D = 2,0 и 1,50.
Экспериментальный стенд
Экспериментальный стенд представляет собой
аэродинамическую трубу открытого типа (рис. 1).
Воздух от центробежного вентилятора ВВД5 1 пода;
ется в ресивер 5 и далее через входное сопло 6 и уча;
сток стабилизации 7 поступает в экспериментальный
участок 9. Ресивер, в котором установлена мелкояче;
истая сетка 4, предназначен для сглаживания объем;
ных пульсаций потока и выравнивания поля скоро;
сти. Профилирование входного сопла 6 по кривой
Витошинского обеспечивает перед эксперименталь;
ным участком равномерный профиль скорости с ми;
нимальной толщиной пограничного слоя. Дополни;
тельная магистраль с поворотным затвором 2
обеспечивает сброс избыточного воздуха в атмосфе;
ру для изменения расхода воздуха через эксперимен;
тальный участок. После экспериментального участка
воздух поступает в переходник, который «нивелиру;
ет» эффект расширения канала, попадает в успокои;
тель 10 и выбрасывается в атмосферу.
Экспериментальный участок имеет форму канала
прямоугольного сечения высотой 34 мм и шириной
290 мм, нижняя стенка которого представляет собой
тонкостенный металлический нагреватель, укреп;
ленный на толстой пенопластовой основе. Нагрева;
тель, к которому подводится электропитание от ис;
точника постоянного тока, покрыт тонким слоем
золота. Для визуализации поверхностной картины
течения на слой золота нанесен тонкий слой жидко;
го кристалла черного цвета, который изменяет цвет
при изменении температуры поверхности.
Методика определения локального теплооб;
мена основана на постоянном тепловом потоке
от нагреваемой поверхности к воздушному пото;
ку. Значение падения напряжения через поверх;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6 11
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 1. Схема экспериментальной установки:
1 – центробежный вентилятор; 2, 3 – поворотный затвор; 4 ( мелкоячеистая сетка; 5 – ресивер;
6 – сопло Витошинского; 7 – участок стабилизации; 8 – экспериментальный участок;
9 – теплоотдающая пластина; 10 – успокоитель с переходником; 11 – преобразователь;
12 – электродвигатель; i – термоэлектрический термометр; p0 – статическое давление; р0
* – полное
давление; t0
* – температура потока; ti
* – температура нагревательного участка.
ность нагрева контролируется цифровым вольтме;
тром В7;46/1. Температура стенки на поверхности
теплообмена определяется в 14 точках хромель;
алюмелевыми термопарами, расположенными не;
равномерно по длине исследуемой поверхности,
а температура потока на входе в эксперименталь;
ный участок измеряется образцовым термомет;
ром. Для контроля тепловых потерь на обратной
стороне экспериментального участка, а также на
его боковых поверхностях установлены дополни;
тельные термопары. Сигнал от термопар через
коммутатор измерительных сигналов Ф799/1 по;
дается к цифровому вольтметру. Полное и стати;
ческое давление на входе, при помощи которых
определяется скорость потока и расход воздуха
перед экспериментальным участком, измеряют;
ся микроманометром типа АЛД.
Скорость потока на входе в эксперименталь;
ный участок W изменялась от 4,1 до 16,6 м/с,
число Рейнольдса ReD, построенное по диаметру
углубления D – от 6400 до 26400.
Двойной ряд углублений
Перед экспериментальным участком устанав;
ливалась сменная прямоугольная пластина из
органического стекла, на которой выполнены
два ряда поверхностных углублений (генераторов
вихрей) сферической, цилиндрической, квадрат;
ной и ромбовидной формы. Пластина с углубле;
ниями могла передвигаться в поперечном направ;
лении, что позволяло определять коэффициент
теплоотдачи за углублением в различных сечениях.
Углубления располагались в шахматном по;
рядке таким образом, что их центры образуют
равнобедренный треугольник с основанием, рав;
ным поперечному шагу Sx. Все углубления имели
диаметр D = 25 мм (для сферических и цилинд;
рических углублений), для квадратных и ромбо;
видных углублений длина диагонали составляла
31,1 мм и относительный шаг в продольном на;
правлении Sz / D – 0,44. В поперечном направле;
нии относительный шаг имел два значения; пер;
вое из них, Sx / D = 2,0 для случая, когда
углубления второго ряда полностью заполняют
пространство между углублениями первого ряда
(нет взаимного «перекрытия»). Во втором случае
поперечный шаг имел меньшее значение
(Sx / D = 1,50), что формировало «перекрытие»
сечений первого и второго ряда, составляющее
50% по поперечной координате. Относительная
глубина h/D для сферических и цилиндрических
углублений составляла 0,20 и 0,30, а для квадрат;
ной и ромбовидной – 0,30. Измерения теплообме;
на производились за углублениями первого и вто;
рого ряда (на оси симметрии), а также на линии,
характеризующей точку контакта углублений
(Sx = 2,0) или область их пересечения (Sx = 1,50).
Теплообмен за двойным рядом
углублений (Sx /D = 2,0)
Результаты измерения локального теплообме;
на без «перекрытия» углублений представлены
на рис. 2, где эмпирические зависимости 1 и 2 ха;
рактеризуют теплообмен на плоской пластине
при ламинарном и турбулентном течении [4].
Число Рейнольдса Rex построено по скорости
потока W и координате x, которая отсчитывается
от задней кромки углубления первого/второго
ряда (рис. 2а, в), или точки контакта отверстий
первого и второго ряда (рис. 2б). Число Нуссель;
та Nux построено по коэффициенту теплоотдачи
на соответствующей линии и расстоянию x. В
рассматриваемом случае гидродинамика каждого
углубления в двойном ряду имеет определенную
аналогию с обтеканием одиночного углубления,
а некоторое отличие состоит во взаимном влия;
нии (интерференции) углублений, которое в дан;
ном случае представляется незначительным.
Анализ полученных результатов показывает,
что в исследованном диапазоне изменения числа
Рейнольдса (Rex ≈ 2000…110000) имеет место
«байпасный» переход к турбулентному режиму,
который характеризуется отсутствием переход;
ной области. Судя по теплообмену, возникнове;
ние турбулентности за углублениями первого ря;
да для всех конфигураций происходит при
Rex ≈ 3200, а в промежутке между углублениями
даже несколько раньше – при Rex ≈ 2700, что
обусловлено влиянием вихревых структур, фор;
мирующихся при взаимодействии углублений
первого и второго ряда. После второго ряда пере;
ход к турбулентности для всех конфигураций
(кроме квадратной) происходит при Rex ≈ 3200, а
для квадратной – при Rex ≈ 5000…6000. Приве;
12 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
денные выше значения критических чисел Рей;
нольдса значительно меньше данных для плос;
кой пластины, где переход к турбулентному ре;
жиму завершается при Rex ≈ 106 [5].
Полученные результаты свидетельствуют о том,
что в исследованном диапазоне форма углубления и
его глубина не оказывают существенного влияния на
интенсивность теплообмена за двойным рядом –
опытные данные достаточно плотно группируются
около общей зависимости и их различие находится в
пределах погрешности эксперимента. Этот вывод от;
личается от данных, полученных для одиночных уг;
лублений и многорядных систем, где влияние формы
и глубины проявляется достаточно заметно [1, 3].
Анализ опытных данных по теплообмену пока;
зывает, что при Rex > 20000 интенсивность теплооб;
мена слабо зависит от формы углубления и его глу;
бины, хотя можно заметить, что данные для ромба и
квадрата располагаются несколько ниже данных
для сферы и цилиндра (рис. 2а, б). При Rex < 20000
за первым рядом (рис. 2а) данные для всех глубин и
конфигураций описываются единой зависимостью,
а в области между углублениями (рис. 2б) и за углуб;
лением второго ряда (рис. 2в) опытные данные для
квадрата и ромба располагаются заметно ниже ре;
зультатов для сферы и цилиндра.
Теплообмен за двойным рядом
углублений (Sx /D = 1,5)
Результаты измерения локального теплообме;
на при взаимном «перекрытии» углублений пер;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6 13
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 2. Теплообмен за двумя рядами углублений
без «перекрытия» сечений (Sx /D=2,0).
а – на оси симметрии за первым рядом
углублений; б – на линии между углублениями;
в – на оси симметрии за вторым рядом
углублений.
1 – Ламинарное течение ( Nu = 0,332Re0,5Pr0,33);
2 – Турбулентное течение ( Nu = 0,029Re0,8Pr0,33);
3 – Сфера h/D = 0,3; 4 – Сфера h/D = 0,2;
5 – Цилиндр h/D = 0,3;
6 – Цилиндр h/D = 0,2; 7 – Квадрат h/D = 0,3;
8 – Ромб h/D = 0,3.
a
в
б
вого и второго ряда представлены на рис. 3.
Как следует, «перекрытие» уменьшает величи;
ну критического числа Рейнольдса, которое
характеризует «байпасный» переход к турбу;
лентному течению. За углублением первого
ряда, а также в области «перекрытия» углубле;
ний переход к турбулентности происходит при
Rex ≈ 2200. За углублением второго ряда пере;
ход к турбулентности для всех конфигураций
происходит при Rex ≈ 3300. Снижение крити;
ческих чисел Рейнольдса свидетельствует о бо;
лее сильном взаимодействии вихревых струк;
тур первого и второго ряда при «перекрытии»
углублений.
Как следует из полученных результатов, ин;
тенсивность теплообмена за двойным рядом уг;
лублений с «перекрытием» сечений слабо зави;
сит от формы углубления и его глубины, для всех
измерительных сечений (рис. 3) он примерно
одинаков.
Сравнение с опытными данными, представ;
ленными на рис. 2, показывает, что за углуб;
лением первого ряда и в области между углубле;
ниями интенсивность теплообмена для случаев
Sx / D = 2,0 (без «перекрытия») и Sx / D = 1,50
(с «перекрытием») практически одинакова.
Однако за углублением второго ряда теплооб;
мен в случае «перекрытия» несколько ниже,
чем без «перекрытия». По;видимому, это
обусловлено «подавлением» флуктуаций вто;
рого ряда, флуктуациями вышележащего пер;
вого ряда [1].
14 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 3. Теплообмен за двумя рядами углублений с
«перекрытием» сечений (Sx /D = 1,5):
а – на оси симметрии за первым рядом
углублений; б – на кромке углублений; в – на оси
симметрии за вторым рядом углублений.
1 – Ламинарное течение (Nu = 0,332Re0,5Pr0,33);
2 – Турбулентное течение (Nu = 0,029Re0,8Pr0,33);
3 – Сфера h/D = 0,3; 4 – Сфера h/D = 0,2;
5 – Цилиндр h/D = 0,3;
6 – Цилиндр h/D = 0,2; 7 – Квадрат h/D = 0,3;
8 – Ромб h/D = 0,3.
a в
б
Выводы
1. За углублениями цилиндрической, сфери;
ческой, квадратной и ромбовидной формы, рас;
положенными в первом и втором ряду двойного
ряда, переход к турбулентности происходит по
«байпасному» механизму.
2. «Перекрытие» углублений активизирует пе;
реход к турбулентности; при отсутствии «перекры;
тия» переход происходит при Rex = 2700…6000, а в
системе с «перекрытием» – при Rex = 2200…3300.
3. Для исследованных условий глубина и
форма углубления оказывают незначительное
влияние на интенсивность теплообмена за двой;
ным рядом углублений.
4. «Перекрытие» углублений интенсифицирует
теплообмен только за углублениями второго ряда.
ЛИТЕРАТУРА
1. Халатов А.А., Борисов И.И., Шевцов С.В.
Теплообмен и гидродинамика в полях центро;
бежных массовых сил. Том 5. Тепломассообмен и
теплогидравлическая эффективность вихревых и
закрученных потоков. – К.: Изд. Ин;та техничес;
кой теплофизики НАН Украины, 2005. – 500 с.
2. Кикнадзе Г.И., Гачечиладзе И.А., Алексеев В.В.
Самоорганизация смерчеобразных струй в пото;
ках вязких сплошных сред и интенсификация
тепломассообмена, сопровождающая это явле;
ние. – М.: Изд. Московского энергетического
ун;та, 2005. – 83 с.
3. Ekkad S. V., Han J.C. Heat transfer inside and
downstream of cavities using transient liquid crystal
method // Thermophysics and Heat Transfer, July –
September 1996. – Р. 511 – 516.
4. Уонг Х. Основные формулы и данные по
теплообмену для инженеров. – М.: Атомиздат,
1979. – 213 с.
5. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. –
М.: Изд. Наука, 1969. – 742 с.
Получено 23.07.2007 г.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6 15
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Запропоновано узагальнюючі залеж)
ності для визначення конвективних ко)
ефіцієнтів тепловіддачі шахових попе)
речно)обмиваних пучків труб з розрізним
спірально)стрічковим оребренням, що
базуються на результатах експеримен)
тальних досліджень в інтервалах змінен)
ня чисел Рейнольдса Red = (5...50)·103,
параметрів розміщення S1/S2 = 0,8...2,5,
коефіцієнтів оребрення ψ = 5,1...11,3.
Предложены обобщающие зависи)
мости для определения конвективных
коэффициентов теплоотдачи шахмат)
ных поперечно)омываемых пучков труб
с разрезным спирально)ленточным
оребрением в интервалах изменения
чисел Рейнольдса Red = (5...50)·103, па)
раметров размещения S1/S2 = 0,8...2,5,
коэффициэнтов оребрения ψ = 5,1...11,3.
Generalized relations for determining
heattransfer of staggered cross)flow tube
bundles with cut spiral)band fins are con)
sidered. It is guided by results of the exper)
imental investigation in the value interval of
Reynolds number Red = (5…50)·103 with
placement parametrs S1/S2 = 0,8…2,5 and
coefficients of finning ψ = 5,1...11,3.
УДК 536.24:533.6.011
ПИСЬМЕННЫЙ Е.Н., ТЕРЕХ А.М.,
РОГАЧЕВ В.А., БУРЛЕЙ В.Д, ГОРАЩЕНКО О.С.
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»
ТЕПЛООБМЕН В ШАХМАТНЫХ ПУЧКАХ ТРУБ СО
СПИРАЛЬНО)ЛЕНТОЧНЫМ РАЗРЕЗНЫМ ОРЕБРЕНИЕМ
D – диаметр вершин ребер;
d – диаметр несущей трубы;
F – площадь поперечного проходного сечения ;
H – полная площадь теплоотдающей поверхности;
Nu – число Нуссельта;
Re – число Рейнольдса;
S – шаг;
s – ширина лепестка;
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61296 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T00:11:45Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Онищенко, В.Н. Халатов, А.А. Шевцов, С.В. 2014-04-30T06:43:00Z 2014-04-30T06:43:00Z 2007 Теплообмен за двумя рядами углублений различной геометрической формы / В.Н. Онищенко, А.А. Халатов, С.В. Шевцов // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 6. — С. 10-15. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61296 532.516: 536.24.01 Представлены экспериментальные данные по теплообмену на плоской пластине за двумя рядами поверхностных углублений различной геометрической формы. Переход к турбулентному режиму за углублениями первого и второго ряда происходит по “байпасному” механизму. Наведено дослідні дані теплообміну на плоскій пластині за двома рядами поверхневих заглиблень різної геометричної форми. Перехід до турбулентного режиму за заглибленнями першого та другого ряду відбувається за “байпасним” механізмом. The experimental data on the flat plate after the dual array of surface indentations is given. Transition to the turbulent flow downstream of dimples of the first and second array occurs according to the “bypass” mechanism. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные процессы Теплообмен за двумя рядами углублений различной геометрической формы Heat exchange behind two numbers of dimples various geometrical form Article published earlier |
| spellingShingle | Теплообмен за двумя рядами углублений различной геометрической формы Онищенко, В.Н. Халатов, А.А. Шевцов, С.В. Тепло- и массообменные процессы |
| title | Теплообмен за двумя рядами углублений различной геометрической формы |
| title_alt | Heat exchange behind two numbers of dimples various geometrical form |
| title_full | Теплообмен за двумя рядами углублений различной геометрической формы |
| title_fullStr | Теплообмен за двумя рядами углублений различной геометрической формы |
| title_full_unstemmed | Теплообмен за двумя рядами углублений различной геометрической формы |
| title_short | Теплообмен за двумя рядами углублений различной геометрической формы |
| title_sort | теплообмен за двумя рядами углублений различной геометрической формы |
| topic | Тепло- и массообменные процессы |
| topic_facet | Тепло- и массообменные процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61296 |
| work_keys_str_mv | AT oniŝenkovn teploobmenzadvumârâdamiuglubleniirazličnoigeometričeskoiformy AT halatovaa teploobmenzadvumârâdamiuglubleniirazličnoigeometričeskoiformy AT ševcovsv teploobmenzadvumârâdamiuglubleniirazličnoigeometričeskoiformy AT oniŝenkovn heatexchangebehindtwonumbersofdimplesvariousgeometricalform AT halatovaa heatexchangebehindtwonumbersofdimplesvariousgeometricalform AT ševcovsv heatexchangebehindtwonumbersofdimplesvariousgeometricalform |