Теплообмен в шахматных пучках труб со спирально-ленточным разрезным оребрением
Предложены обобщающие зависимости для определения конвективных коэффициентов теплоотдачи шахматных поперечно-омываемых пучков труб с разрезным спирально-ленточным оребрением в интервалах изменения чисел Рейнольдса Red = (5...50)·10³, параметров размещения S₁/S₂ = 0,8...2,5, коэффициентов оребрения ψ...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2007 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61297 |
| 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: | Теплообмен в шахматных пучках труб со спирально-ленточным разрезным оребрением / Е.Н. Письменный, А.М. Терех, В.А. Рогачев, В.Д. Бурлей, О.С. Горащенко // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 6. — С. 15-22. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61297 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Письменный, Е.Н. Терех, А.М. Рогачев, В.А. Бурлей, В.Д. Горащенко, О.С. 2014-04-30T06:47:11Z 2014-04-30T06:47:11Z 2007 Теплообмен в шахматных пучках труб со спирально-ленточным разрезным оребрением / Е.Н. Письменный, А.М. Терех, В.А. Рогачев, В.Д. Бурлей, О.С. Горащенко // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 6. — С. 15-22. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61297 536.24:533.6.011 Предложены обобщающие зависимости для определения конвективных коэффициентов теплоотдачи шахматных поперечно-омываемых пучков труб с разрезным спирально-ленточным оребрением в интервалах изменения чисел Рейнольдса Red = (5...50)·10³, параметров размещения S₁/S₂ = 0,8...2,5, коэффициентов оребрения ψ = 5,1...11,3. Запропоновано узагальнюючі залежності для визначення конвективних коефіцієнтів тепловіддачі шахових поперечно-обмиваних пучків труб з розрізним спірально-стрічковим оребренням, що базуються на результатах експериментальних досліджень в інтервалах змінення чисел Рейнольдса Red = (5...50)·10³, параметрів розміщення S₁/S₂ = 0,8...2,5, коефіцієнтів оребрення ψ = 5,1...11,3. Generalized relations for determining heattransfer of staggered cross-flow tube bundles with cut spiral-band fins are considered. It is guided by results of the experimental 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. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные процессы Теплообмен в шахматных пучках труб со спирально-ленточным разрезным оребрением Heat transfer in staggered tube bundles with cut spiral-band finning Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Теплообмен в шахматных пучках труб со спирально-ленточным разрезным оребрением |
| spellingShingle |
Теплообмен в шахматных пучках труб со спирально-ленточным разрезным оребрением Письменный, Е.Н. Терех, А.М. Рогачев, В.А. Бурлей, В.Д. Горащенко, О.С. Тепло- и массообменные процессы |
| title_short |
Теплообмен в шахматных пучках труб со спирально-ленточным разрезным оребрением |
| title_full |
Теплообмен в шахматных пучках труб со спирально-ленточным разрезным оребрением |
| title_fullStr |
Теплообмен в шахматных пучках труб со спирально-ленточным разрезным оребрением |
| title_full_unstemmed |
Теплообмен в шахматных пучках труб со спирально-ленточным разрезным оребрением |
| title_sort |
теплообмен в шахматных пучках труб со спирально-ленточным разрезным оребрением |
| author |
Письменный, Е.Н. Терех, А.М. Рогачев, В.А. Бурлей, В.Д. Горащенко, О.С. |
| author_facet |
Письменный, Е.Н. Терех, А.М. Рогачев, В.А. Бурлей, В.Д. Горащенко, О.С. |
| topic |
Тепло- и массообменные процессы |
| topic_facet |
Тепло- и массообменные процессы |
| publishDate |
2007 |
| language |
Russian |
| container_title |
Промышленная теплотехника |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Heat transfer in staggered tube bundles with cut spiral-band finning |
| description |
Предложены обобщающие зависимости для определения конвективных коэффициентов теплоотдачи шахматных поперечно-омываемых пучков труб с разрезным спирально-ленточным оребрением в интервалах изменения чисел Рейнольдса Red = (5...50)·10³, параметров размещения S₁/S₂ = 0,8...2,5, коэффициентов оребрения ψ = 5,1...11,3.
Запропоновано узагальнюючі залежності для визначення конвективних коефіцієнтів тепловіддачі шахових поперечно-обмиваних пучків труб з розрізним спірально-стрічковим оребренням, що базуються на результатах експериментальних досліджень в інтервалах змінення чисел Рейнольдса Red = (5...50)·10³, параметрів розміщення S₁/S₂ = 0,8...2,5, коефіцієнтів оребрення ψ = 5,1...11,3.
Generalized relations for determining heattransfer of staggered cross-flow tube bundles with cut spiral-band fins are considered. It is guided by results of the experimental 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.
|
| issn |
0204-3602 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61297 |
| citation_txt |
Теплообмен в шахматных пучках труб со спирально-ленточным разрезным оребрением / Е.Н. Письменный, А.М. Терех, В.А. Рогачев, В.Д. Бурлей, О.С. Горащенко // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 6. — С. 15-22. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT pisʹmennyien teploobmenvšahmatnyhpučkahtrubsospiralʹnolentočnymrazreznymorebreniem AT tereham teploobmenvšahmatnyhpučkahtrubsospiralʹnolentočnymrazreznymorebreniem AT rogačevva teploobmenvšahmatnyhpučkahtrubsospiralʹnolentočnymrazreznymorebreniem AT burleivd teploobmenvšahmatnyhpučkahtrubsospiralʹnolentočnymrazreznymorebreniem AT goraŝenkoos teploobmenvšahmatnyhpučkahtrubsospiralʹnolentočnymrazreznymorebreniem AT pisʹmennyien heattransferinstaggeredtubebundleswithcutspiralbandfinning AT tereham heattransferinstaggeredtubebundleswithcutspiralbandfinning AT rogačevva heattransferinstaggeredtubebundleswithcutspiralbandfinning AT burleivd heattransferinstaggeredtubebundleswithcutspiralbandfinning AT goraŝenkoos heattransferinstaggeredtubebundleswithcutspiralbandfinning |
| first_indexed |
2025-11-25T22:42:23Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:42:23Z |
| _version_ |
1850569188351934464 |
| fulltext |
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;
Введение
В современных условиях развития отечествен;
ной энергетики и на ближайшую перспективу
резко возрастают требования к энергосбереже;
нию, экономичности и надежности теплообору;
дования. Одним из эффективных средств обеспе;
чения этих требований является интенсификация
рабочих процессов, осуществляемых в энергети;
ческих установках. В частности, значительная
роль при этом принадлежит интенсификации
теплообмена [1, 2].
Широкое использование в энергетических от;
раслях теплоносителей высоких и сверхвысоких
параметров заставляет применять теплообмен;
ные устройства в основном поверхностного типа
в виде различных трубных пучков. При этом тру;
бы используются обычно гладкостенные. Замена
их на оребренные позволяет существенно интен;
сифицировать теплообмен. Кроме эффекта от
увеличения площади теплопередающей поверх;
ности со стороны более низкого коэффициента
теплоотдачи, часто удается одновременно полу;
чить дополнительный эффект от воздействия на
гидродинамику теплоносителей. В итоге это при;
водит к снижению металлоемкости и уменьше;
нию габаритов теплообменных устройств, а так;
же полных гидравлических сопротивлений с
внешней и внутренней сторон.
Многочисленное количество разработок ин;
тенсифицирующих поверхностей связано с со;
зданием условий для разрушения на ребре утол;
щенных пограничных слоев и образования
вихревых структур с отрывом. Достигнуть таких
условий можно различными способами, напри;
мер, за счет гофрировки поперечных ребер, их
перфорирования, использования теплообмен;
ных труб с разрезными, сетчатыми, лепестковы;
ми ребрами [3–6].
Большую известность у нас и за рубежом полу;
чил вид оребрения, названный сегментным или
разрезным (просечным), образуемый приваркой
предварительно просеченной стальной ленты к
наружной поверхности трубы с помощью токов
высокой частоты. Впервые такая развитая по;
верхность была исследована в работе [7]. Из ана;
лиза ее данных следует, что применение такого
типа оребрения может привести к существенно;
му тепловому эффекту, несмотря на небольшую
потерю площади теплоотдающей поверхности по
сравнению с таким же по высоте, толщине и ша;
гу сплошным спирально;ленточным оребрени;
ем. Интенсификация теплообмена при этом про;
исходит не только вследствие уменьшения
толщины пограничного слоя на узких сегментах
и турбулизации потока при его срыве с их острых
кромок, но и в результате того, что каждый эле;
мент сегментного ребра представляет собой пря;
моугольное ребро или лепесток, коэффициент
эффективности которого выше, чем у круглого
шайбового. Предварительные расчеты, выпол;
ненные по данным [7], показали, что замена
обычного спирально;ленточного оребрения сег;
ментным уменьшает количество труб в пучке на
18…20%. Однако эксперименты в [7] выполнены
для ограниченного диапазона шаговых характе;
ристик и только для одного вида размещения
труб в пучке – в вершинах равностороннего тре;
16 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
h – высота ребра;
S1/S2 – параметр размещения;
t – шаг ребер;
w – скорость потока;
z – количество рядов;
α – коэффициент теплоотдачи;
δ – толщина ребра;
λ – коэффициент теплопроводности;
σ – относительный шаг;
ψ – коэффициент оребрения.
Индексы нижние:
1 – поперечный;
2 – продольный.
в – вход;
ист – истинный;
к – конвективный;
м –металл;
оп – опытный;
ор – оребренный;
п– полный;
пр – приведенный;
р – расчетный, разрезка;
тр – трубная гладкой части.
угольника. Но такая компоновочная схема пучка
снижает ремонтопригодность поверхности на;
грева и теплообменника в целом. Кроме того, в
[7] отсутствует сравнительная оценка основных
тепловых характеристик пучков труб с обычным
спирально;ленточным и разрезным оребрения;
ми, не приведены данные об эффективности раз;
резного ребра.
Учитывая изложенное, и с целью создания
точной и надежной инженерной методики теп;
лового расчета в НТУУ «КПИ» проведены экспе;
риментальные исследования по теплообмену в
шахматных пучках труб со спирально;ленточ;
ным разрезным оребрением.
1. Методика исследований
Исследование выполнено на стенде и по мето;
дике, приведенной в работе [8].
Эксперименты проведены в аэродинамичес;
кой трубе в условиях полного теплового модели;
рования, достигавшегося путем электрообогрева
каждой трубы пучка, состоящего в зависимости
от шаговых характеристик из z1 = 3…4 продоль;
ных и z 2 = 7…8 поперечных рядов. Определение
среднеповерхностных значений конвективных
коэффициентов теплооотдачи осуществлялось с
помощью трубы – калориметра, установленной в
5;м или 6;м продольном ряду пучка, по результа;
там измерения температурного поля ребра и
стенки несущей трубы.
В эксперименте использовались натурные об;
разцы стальных труб с разрезным спирально;
ленточным оребрением, изготовленные по про;
мышленной технологии на АО «Подольский
машиностроительный завод» [9]. Общие виды
ребристой трубы и пучка труб показаны на
рис.1.
Основные геометрические характеристики ис;
следованных труб с разрезным оребрением пред;
ставлены в табл.1.
Основные геометрические характеристики ча;
сти отобранных из исследованных шахматных
пучков труб с разрезным оребрением представле;
ны в табл.2.
С целью удобства анализа и обработки экспе;
риментальных данных каждый трубный пучок
обозначался двузначным номером, объединяю;
щим номера серий (типов труб) и размещений
труб в пучке. Например, номер пучка «12» – се;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6 17
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 1. Труба с разрезным спирально(ленточным оребрением.
рия 1 (см. табл. 1), номер размещения 2 (см. табл. 2).
В табл. 2 представлена выборка 21;го типоразме;
ра пучков из общего числа исследованных пуч;
ков труб с разрезным оребрением равным 33;м.
Исследование среднеповерхностного тепло;
обмена проводилось в интервале чисел Рей;
нольдса Red = (1…50)·103 в стационарных услови;
ях и сводилось к выявлению закономерностей
изменения числа Нуссельта Nu в зависимости от
числа Red . В качестве определяющего линейного
размера в числах Red и Nu принимался диаметр
несущей трубы d. Теплофизические константы
относились к температуре воздушного потока,
омывающего поперечный ряд пучка в котором
находилась труба;калориметр.
2. Результаты исследований, их анализ и
обобщение
Опытные зависимости, приведенные в коор;
динатах чисел подобия Nu, Red на рис. 2, ап;
проксимировались в виде степенной функции
, (1)
где С и m – безразмерные параметры, зависящие
от геометрических характеристик оребренных
труб и их пучков.
Для оценки эффекта интенсификации тепло;
обмена от применения разрезного оребрения,
полученные результаты сопоставлялись с данны;
ми по теплооотдаче пучков труб со спирально;
ленточным оребрением, имеющих такие же диа;
метры несущих труб, толщины, высоты, шаги
ребер, рассчитанными по рекомендуемым фор;
=Nu Re
m
k d
C
18 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Та б л . 1 . Геометрические характеристики оребренных труб
Та б л . 2 . Геометрические характеристики
шахматных пучков труб
мулам [10]. На рис. 2 эти данные изображены в ви;
де сплошных наклонных линий. Анализ данных
показывает, что интенсивность теплообмена воз;
растает во всех исследованных вариантах пучков
труб с разрезным оребрением и составляет 25...35%.
Наибольшая интенсификация характерна для ком;
поновок с большими относительными поперечными
и достаточно малыми относительными продольны;
ми шагами, т.е. при σ1/σ2 >1,8. Причем существуют
оптимальные значения σ1/σ2 = 2...2,3, дающие наи;
большие приращения интенсивности теплоотдачи.
Примечательно то, что максимальное приращение
интенсивности теплообмена встречается для компо;
новок, имеющих наибольшие значения средних по
поверхности коэффициентов теплоотдачи.
При обобщении экспериментальных данных
во внимание принимался тот факт, что показате;
ли степени m при числе Red в формуле (1) для
пучков труб с разрезным оребрением, практичес;
ки не отличаются от соответствующих им значе;
ний для пучков труб со спирально;ленточным
оребрением, рассчитанных по формулам [10].
Сравнительный анализ показывает, что отклонения
значений степени m в (1) не превышают Δm = ± 0,01
и в пределах точности результатов измерений яв;
ляются несущественными.
Таким образом, расчет показателя степени m
при числе Red для исследованных шахматных
пучков труб со спирально;ленточным разрезным
оребрением следует выполнять по формуле [10]
. (2)
Безразмерный комплексный коэффициент С в
формуле (1) определялся на основании обобщен;
ных экспериментальных данных и анализа меха;
низма переноса. В общем виде его можно пред;
ставить как произведение коэффициентов,
учитывающих геометрические параметры пучка,
его рядность и форму оребрения:
, (3)
где Сq – параметрический коэффициент для шах;
матных пучков труб со спирально;ленточным
оребрением, рассчитываемый по формуле [10]:
. (4)
Величина поправки на интенсификацию
теплообмена за счет применения разрезки реб;
ра по результатам исследования лежит в преде;
лах Сn = 1,25…1,35 и является функцией параме;
тров S1/S2, ψ. Как показывает анализ данных,
интенсивность теплообмена возрастает с увели;
чением S1/S2 и уменьшением ψ. Однако с доста;
точной степенью точности для рассматриваемого
диапазона геметрических характеристик шахмат;
ных пучков труб поправочный коэффициент Сn
можно принять постоянным и равным 1,3.
Коэффициент Сz , зависящий от рядности пуч;
ка вдоль потока z2 и шаговых характеристик
⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞
= − − − −⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟ψ ψ +⎝ ⎠⎝ ⎠⎣ ⎦
1
2
1,26 1,1
1,36 th 2 0,014
8
q
S
C
S
=
q n z
C C C C
⎛ ⎞
= + − − + ψ⎜ ⎟ψ⎝ ⎠
1
2
1,26
0,7 0,08th 2 0,005
S
m
S
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6 19
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 2. Результаты исследования теплообмена
шахматных пучков труб со спирально(ленточным
разрезным оребрением: 1 – пучок №11; 2 – №13;
3 – №16; 4 – №17; 5 – №27;
6 – №33 (Обозн. в соответствии с табл.1,2)
S1/S2, находится по формулам, приведенным в
[1]. Так, при z2 ≥ 8, Сz = 1,0.
Для области значений S1/S2 ≥ 2
. (5)
Для области значений S1/S2 < 2
. (6)
Таким образом, из обобщения эксперимен;
тальных данных следует, что расчет среднепо;
верхностного теплообмена шахматных пучков
труб со спирально;ленточным разрезным ореб;
рением, омываемых газовым потоком, имеющих
коэффициенты оребрения ψ = 5,10…11,31 и от;
ношение шагов S1/S2 = 0,8…2,5 в области чисел
Red = (5…50)·103 можно вести по уравнению по;
добия:
. (7)
В предлагаемой расчетной системе уравнений
(2) – (7) среднеповерхностный конвективный
коэффициент теплоотдачи αк отнесен к полной
поверхности оребренной трубы. Для расчета ко;
эффициента теплоотдачи, отнесенного к гладкой
поверхности несущей трубы αгл, достаточно αк
умножить на коэффициент оребрения ψ, т.е.
αгл = αкψ, в безразмерном виде Nuгл = Nuкψ.
Оценка точности обобщающих формул (2) – (7)
осуществлялась сопоставлением опытных Nuоп и
расчетных Nuр значений чисел Нуссельта для 33;х
различных типоразмеров пучков труб. Из анали;
за данных следует, что максимальная погреш;
ность предлагаемых расчетных формул составля;
ет 8%.
Определенный практический интерес пред;
ставляют технологические теплообменники, в
которых реализуются низкие скорости омывания
оребренных поверхностей порядка w = 0,5…2,5 м/с.
При этом одновременно должно выполняться
требование обеспечения высокой интенсивности
теплообмена в них. С целью изучения влияния
области низких чисел (1000 ≤ Red<5000) на интен;
сивность теплообмена, проведены исследования
шахматного пучка труб с разрезным оребрением
при S1×S2 = 122 × 35,5 мм . Обнаружено, что в ок;
рестности точки Red ≈ 4000 кривая Nuк =(Red)
претерпевает характерный излом, а показатель
степени m при Red в (1) резко уменьшается, ука;
зывая тем самым на изменение закомерности
процесса теплоотдачи в пучке. Поэтому расчет;
ная система уравнений (2) – (7) для значений
низких чисел Red непригодна. Для получения
обобщенной теплообменной зависимости в об;
ласти малых чисел Рейнольдса Red < 5·103 необ;
ходимо провести новые исследования достаточ;
но большого количества типоразмеров пучков
труб.
В инженерных тепловых расчетах при проекти;
ровании разнообразных теплообменных устройств
с оребренными поверхностями необходимо обяза;
тельно учитывать приведенный коэффициент теп;
лоотдачи αпр, характеризующий теплоотдачу от
поверхностей ребер и неоребренной частей тру;
бы, а также эффективность работы ребра Е. Вы;
числение αпр производят по формуле [10]:
. (8)
Расчеты коэффициента эффективности Е раз;
резного ребра в связи с их сложностью и ограни;
ченностью отсутствуют, поэтому единственным
путем его определения являются эксперимен;
тальные исследования. На рис. 3 представлены в
виде полосы разброса опытные значения истин;
ной (действительной) эффективности Еист = EψE
в зависимости от параметра βh. ψE – поправоч;
op ТР
ПР К
П П
E
H H
E
H Н
⎛ ⎞
α = α ψ +⎜ ⎟
⎝ ⎠
= 0,33
Nu 1,13 Re Pr
m
k q n z d
C C C
= −0,05
2
3,15 2,5
z
C z
= −0,03
2
3,5 2,72
z
C z
20 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 3. Зависимость истинной эффективности
разрезного ребра от параметра βh.
ный коэффициент к теоретической эффективно;
сти Е, учитывает неравномерность теплоотдачи
по поверхности ребра и температуры окружаю;
щей среды и зависит от величин βh, Red , D/d.
Комплексный параметр βh (безразмерная высота
ребра) широко используется в аналитических ре;
шениях задач теплопроводности в ребрах, где
β = (2αк / λм δ)0,5. Усредненная линия 1 на графи;
ке рис. 3 равноудалена от границ разброса опыт;
ных данных (линии 2) и аппроксимируется выра;
жением
. (9)
Таким образом, истинную эффективность спи;
рально;ленточного разрезного ребра с погрешно;
стью ± 6% можно определять по уравнению (9).
Из анализа данных, приведенных на рис. 3, сле;
дует, что в диапазоне изменений D/d = 1,76…2,0
влияние этого параметра на величину истинной
эффективности EψE несущественно. Обнаруже;
но также, что для одних и тех же геометрических
размеров круглого сплошного и разреного ребер
при одинаковой скорости их омывания, истин;
ная эффективность разрезного ребра становится
в среднем выше на 10 %.
Полученные в работе первичные экспери;
ментальные данные по теплообмену были рас;
считаны по известной методике Escoa Fintube
Corp [11], что позволило сравнить ее с предло;
женной методикой НТУУ «КПИ». В методике
Escoa используется относительно сложная сис;
тема расчетных соотношений для определения
фактора Колборна, необходимого при вычисле;
ниях конвективного коэффициента теплоотда;
чи. По признанию автора [7], методика Escoa
дает приемлемые результаты для так называе;
мых равносторонних шахматных компоновок,
но при расчете, например, равнобедренных
шахматных пучков труб возможны большие по;
грешности.
Результаты сравнения опытных данных НТУУ
«КПИ» с расчетом их по методикам Escoa [7, 11] и
НТУУ «КПИ» показали, что максимальная по;
грешность расчета по методике Escoa составляет
±15%, а по методике НТУУ «КПИ» ±10%. Причем
большие значения погрешностей для обеих мето;
дик относятся к числам Рейнольдса Red ≈ 5·103.
Выводы
1. Экспериментальные исследования позво;
ляют отметить, что применение труб с разрезным
оребрением приводит к увеличению интенсив;
ности теплоотдачи на 25…35% по сравнению с
обычным спирально;ленточным, при этом на
15…20% снижается металлоемкость и габариты
теплообменной поверхности.
2. Разработанная методика расчета теплооб;
мена для шахматных пучков труб со спирально;
ленточным разрезным оребрением может ис;
пользоваться в широком диапазоне режимных и
геометрических параметров и по сравнению с су;
ществующими обеспечивает меньшую погреш;
ность вычислений.
3. Необходимо продолжить исследования по
влиянию относительной глубины разрезки на
эффективность ребра и интенсивность теплооб;
мена, направленных на поиск оптимальных гео;
метрических характеристик разрезного оребре;
ния и пучков труб.
4. Перспективными могут оказаться новые
исследования теплообмена пучков труб с разрез;
ным оребрением в области низких чисел Рей;
нольдса Red < 5·103.
ЛИТЕРАТУРА
1. Письменный Е.Н. Теплообмен и аэродина;
мика пакетов поперечно;оребренных труб. –
К.: Альтерпрес, 2004. – 244 с.
2. Письменный Е.Н. Расчет конвективных по;
перечно;оребренных поверхностей нагрева. –
К.: Альтерпрес, 2003. – 184 с.
3. Кунтыш В.Б., Бессонный А.Н. и др. Основы
расчета и проектирования теплообменников
воздушного охлаждения: Справочник. – СПб.:
Недра, 1996. – 512 с.
4. Письменный Е.Н., Терех А.М., Рогачев В.А.
Новые теплообменные поверхности из труб с на;
катанным лепестковым оребрением // Пром.теп;
лотехн. – 1996. – Т. 18, №4. – С.73 – 77.
5. Письменний Є.М., Ободянський А.В., Рога<
чов В.А. Спосіб виготовлення теплообмінної
труби з поперечними розрізними ребрами. Па;
тент на винахід. Україна. №14998 21.10.1996.
Бюл. №10.
( )= − β − +0,37th 1 0,75
ист
Е h
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6 21
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
6. Письменний Є.М., Рогачов В.А., Терех О.М.,
Бурлей В.Д., Мариненко В.І. Теплообмінна труба.
Патент на винахід. Україна. №60124А. 15.09.2003.
Бюл. №9.
7. Weirman C. Correlations Ease the Selections
of Finned Tubes// Oil and Gas J. – 1976. – Vol.74,
№ 36. – Р. 94–100.
8. Терех А.М. Теплообмен и аэродинамика
поперечно;омываемых пучков труб с винтовым,
подогнутым и сегментным оребрениями. Дис. ...
канд.техн.наук. – Киев, 1997. – 160 с.
9. Левченко Г.И. и др. Оребренные поверхно;
сти нагрева паровых котлов. – М.: Энергоатом;
издат, 1986. – 168 с.
10. РТМ 108.030.140<87. Расчет и рекоменда;
ции по проектированию поперечно;оребренных
конвективных поверхностей нагрева стационар;
ных котлов. – Л.: Минэнергомаш, 1988. – 30 с.
11. Escoa Fintube Corp Turb – X (Нормативный
метод расчета корпорации). – USA, 1979. – 33 с.
Получено 21.03.2007 г.
22 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Числово розв’язано тривимірну не)
стаціонарну задачу теплопровідності
корпусу біполярного транзистора з
вісьмома джерелами тепловиділення
загальною потужністю 60 Вт з врахуван)
ням конструктивних відмінностей таких
напівпровідникових приладів. Встанов)
лено, що просторове моделювання тем)
пературних полів у такому складному
об’єкті дає змогу істотно, у порівнянні з
простими балансними моделями, підви)
щити ступінь деталізації розподілу тем)
ператур.
Численно решена трехмерная неста)
ционарная задача теплопроводности в
корпусе силового биполярного транзис)
тора с восьмью источниками тепловыде)
лением общей мощностью 60Вт с учетом
конструктивных особенностей таких по)
лупроводниковых приборов. Установле)
но, что пространственное моделирова)
ние температурных полей в таком
сложном объекте позволяет существен)
но, по сравнению с простейшими баланс)
ными моделями, повысить степень дета)
лизации распределений температур.
Numerically study a three dimensional
temperature field in power bipolar transis)
tors case with eight heat sources.
Summary power dissipation is 60 watts.
Calculation is made with allowance for real
geometrical and design features of the
transistor. It is established, that three
dimensional modeling of temperature
fields allows enhancing accuracy of esti)
mation of transistors temperature distribu)
tions in comparison with the elementary
balancing models.
УДК 621.396.6
КУЗНЕЦОВ Г.В.1, БЕЛОЗЕРЦЕВ А.В.2
1Томский политехнический университет
2Томский государственный университет
МОДЕЛЬ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В СИЛОВОЙ
ЭЛЕКТРОНИКЕ
L – линейный размер по оси;
P – мощность тепловыделения;
Q – интенсивность тепловыделения;
S – площадь поверхности;
T – температура;
V – объем;
c – объемная теплоемкость;
t – время;
x, y, z – координаты;
α – коэффициент теплоотдачи или теплопередачи;
ρ – плотность;
ППП – полупроводниковый прибор.
Индексы:
x, y, z – по координатам x, y, z;
с – внешняя среда.
Введение
С увеличением степени интеграции и числа
радиоэлементов в современной электронной ап;
паратуре повышенные требования предъявляют;
ся к надежности отдельно взятого компонента.
Силовые элементы являются самыми уязвимыми
по показателям долговечности любого устройст;
|