Влияние конструктивных характеристик щели на теплообмен при гравитационном стекании пленки
Представлены результаты исследования локальной плотности теплового потока при гравитационном стекании пленки в щелевом и кольцевом каналах в случае естественной конвекции. Полученные результаты позволяют, используя систему дифференциальных уравнений, определить параметры контактирующих теплоносителе...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2004
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61584 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние конструктивных характеристик щели на теплообмен при гравитационном стекании пленки / Е.Н. Письменный, Н.А. Дикий, В.Е. Туз, Н.Л. Лебедь // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 58-62. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859948446832656384 |
|---|---|
| author | Письменный, Е.Н. Дикий, Н.А. Туз, В.Е. Лебедь, Н.Л. |
| author_facet | Письменный, Е.Н. Дикий, Н.А. Туз, В.Е. Лебедь, Н.Л. |
| citation_txt | Влияние конструктивных характеристик щели на теплообмен при гравитационном стекании пленки / Е.Н. Письменный, Н.А. Дикий, В.Е. Туз, Н.Л. Лебедь // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 58-62. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Представлены результаты исследования локальной плотности теплового потока при гравитационном стекании пленки в щелевом и кольцевом каналах в случае естественной конвекции. Полученные результаты позволяют, используя систему дифференциальных уравнений, определить параметры контактирующих теплоносителей.
Представлено результати досліджень локальної щільності теплового потоку при гравітаційному стіканні плівки в щілинному та кільцевому каналах у випадку природної конвекції. Отримані результати дозволяють визначити параметри теплоносіїв, що контактують, за допомогою системи диференційних рівнянь.
Results of research of a local heat flux density are submitted at a gravitational refluxing of a film in slot-hole and ring channels in case of a natural convection. The received results allow to spot parameters of contacting heat-carriers using system of differential equations.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:15:37Z |
| format | Article |
| fulltext |
Тепло- и массообменные процессы
УДК 536.423
ПИСЬМЕННЫЙ Е.Н., ДИКИЙ Н.А., ТУЗ В.Е., ЛЕБЕДЬ Н.Л.
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЩЕЛИ
НА ТЕПЛООБМЕН ПРИ ГРАВИТАЦИОННОМ
СТЕКАНИИ ПЛЕНКИ
Представлено результати дослі-
джень локальної щільності теплового
потоку при гравітаційному стіканні плівки
в щілинному та кільцевому каналах у
випадку природної конвекції. Отримані
результати дозволяють визначити па-
раметри теплоносіїв, що контактують, за
допомогою системи диференційних рів-
нянь.
Представлены результаты исследова-
ния локальной плотности теплового потока
при гравитационном стекании пленки в ще-
левом и кольцевом каналах в случае есте-
ственной конвекции. Полученные результа-
ты позволяют, используя систему диффе-
ренциальных уравнений, определить пара-
метры контактирующих теплоносителей.
Results of research of a local heat
flux density are submitted at a gravita-
tional refluxing of a film in slot-hole and
ring channels in case of a natural con-
vection. The received results allow to
spot parameters of contacting heat-
carriers using system of differential
equations.
Ср – теплоемкость при постоянном давлении,
кДж/(кг⋅К);⎯
D – коэффициент диффузии м2/с;
d - диаметр трубы, м;
h – высота рабочего участка, м;
L – длина рабочего участка, м;
Т – температура, °С;
V – скорость жидкости, м/с;
U– скорость газа, м/с;
Q – количество теплоты, Вт;
q – плотность теплового потока, Вт/м2;
х – координата;
α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 ⋅К);
β – коэффициент массоотдачи, м/с;
Г – плотность орошения, кг/(м⋅с);
δ – средняя толщина пленки жидкости, м;
λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м⋅К);
µ –кинематический коэффициент вязкости, м2/с;
ρ – плотность, кг/м3;
ж ж
4Re Г⋅
=
ρ ⋅ν
– пленочное число Рейнольдса
Индексы:
г – газ;
ж – жидкость;
п – пленка;
т – величина относится к коэффициентам турбу-
лентного переноса.
58 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6
Тепло- и массообменные процессы
Введение
Различные технологические процессы в энерге-
тической, химической, нефтехимической, пище-
вой и других отраслях промышленности органи-
чески связаны с процессами нагрева, охлаждения,
выпаривания, конденсации, которые в ряде случа-
ев целесообразно проводить при пленочных тече-
ниях жидкости. Целесообразность проведения
процессов нагрева, охлаждения, выпаривания в
стекающих пленках жидкости заключается в том,
что, во-первых, эти процессы в стекающих плен-
ках часто происходят интенсивнее, а, во-вторых,
при нагреве или выпаривании химических и пи-
щевых продуктов в стекающих пленках, благода-
ря непродолжительному контакту с поверхностью
нагрева, они сохраняют химические и др. качест-
ва, а так же не успевают полимеризоваться [1].
Кольцевые парожидкостные потоки – один из
часто реализуемых режимов течения парожидко-
стной смеси в трубах при отводе теплоты от теп-
ловыделяющих элементов энергетического обо-
рудования.
Новое направление в пленочном охлаждении –
применение в ядерной энергетике для охлаждения
каналов регулирования с твердым поглощающим
стержнем и в системе жидкостного регулирования
канальных водографитовых реакторов, а так же
при послеаварийном охлаждении активной зоны
реактора в случае аварии с потерей теплоносителя
и полным осушением активной зоны [2].
В ракетных двигателях пленка жидкости ис-
пользуется для тепловой защиты стенок камеры
сгорания и для получения гомогенной горючей
смеси. Пленочные испарители являются основ-
ными элементами в установках по опреснению
соленой морской воды.
Таким образом, пленочные теплообменные
устройства различных конструкций находят ши-
рокое применение на практике.
Течение пленки жидкости в этих устройствах
может быть вынужденным, когда ее увлекает за
собой поток газа (пара), гравитационным и сме-
шанным.
В каждом конкретном случае вид пленочного
течения обуславливают технологические, техни-
ко-экономические и другие факторы, однако наи-
более простыми по своей конструкции являются
теплообменные аппараты контактного типа с гра-
витационно стекающими пленками.
В теплообменных аппаратах и установках кон-
тактного типа процессы тепломассообмена проте-
кают при непосредственном соприкосновении
двух и более теплоносителей.
В обычных условиях взаимное влияние тепло-
и массообмена проявляется слабо. Однако, в про-
цессах, связанных с фазовыми превращениями,
взаимное влияние тепло- и массообмена приводит
к сильному изменению интенсивности переноса
теплоты и вещества. Особенно сильно это явление
проявляется в процессах интенсивного кипения,
испарения жидкости и конденсации пара [1].
Основными методами пассивной интенсифика-
ции процессов тепломассообмена между жидко-
стью и газом является применение пористых и
шероховатых, оребренных поверхностей контак-
та, увеличение времени контакта за счет примене-
ния наклонных каналов турбулизации газового
потока и пленки жидкости [3].
Теплообмен в щелевом канале
с сетчатыми стенками
Исследование процессов теплообмена при ох-
лаждении пленки жидкости в случае свободной
конвекции проводилось на экспериментальном
стенде, основными элементами которого явля-
лись экспериментальные участки: кольцевой и
щелевой каналы.
В случае исследования процесса охлаждения
стекающей пленки жидкости восходящим пото-
ком воздуха при естественной конвекции в коль-
цевом канале в качестве исследуемого образца
использовалась труба d1 = 16 × 1,5 мм из стали
Х12Н10Т длиной 1 м. На наружную поверхность
трубы методом контактной сварки приваривалась
сетка с размером ячейки в свету S = 6,3 × 10-4м. В
верхней части трубы располагался распредели-
тельный коллектор с пористой вставкой для рав-
номерной подачи жидкости по образующей тру-
бы. В нижней части трубы располагался соби-
рающий коллектор, через который охлажденная
пленка жидкости удалялась из экспериментально-
го участка. Коаксиально с трубой располагался
корпус экспериментального участка с теплоизо-
ляционным покрытием. Схема движения потоков
при испарении пленки жидкости в кольцевом ка-
нале представлена на рис. 1.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 59
Тепло- и массообменные процессы
При исследовании процесса локальной плотно-
сти теплового потока при гравитационном стека-
нии пленки в щелевом канале в случае естествен-
ной конвекции рабочий участок представлял со-
бой щель, сформированную двумя пластинами
размерами a × b = 250 × 500 мм из стали Х12Н10Т.
На внутреннюю поверхность пластин методом
контактной сварки приваривалась сетка с разме-
ром ячейки в свету S = 6,3⋅10-4м. С наружной и
боковой поверхности пластины теплоизолирова-
ны. В верхней части пластин располагались рас-
пределительные коллекторы для равномерной по-
дачи жидкости по пластинам. В нижней части
пластин располагались собирающие коллекторы,
через которые пленка жидкости удалялась из экс-
периментального участка. Температура жидкости
T′ж на входе в экспериментальный участок меня-
лась от 40 °С до 80 °С, плотность орошения Г из-
менялась от 3,2⋅10-3 кг/м⋅с до 41,44⋅10-3 кг/м⋅с.
Схема движения потоков при испарении пленки
жидкости в щелевом канале представлена на
рис. 2.
Приняты следующие предположения:
- стенка адиабатная, т.е. тепловой поток на грани-
це «пленка-стенка» равен нулю;
- температура пленки переменна и изменяется от
T′ж до T′′ж;
- температура газа меняется от T′г до T′′г;
- влагосодержание воздуха меняется от d′ до d′′;
- процесс теплообмена стационарный и симмет-
ричный вдоль вертикальной оси х.
В точке с координатой х = 0 скорость пленки
жидкости (воды) равна нулю, в этой же точке на-
чинается ее контакт с охлаждающим газом (воз-
духом). При контакте пленки жидкости с возду-
хом происходит ее испарение, так как температу-
ра пленки жидкости на входе T′ж больше темпера-
туры воздуха T′′г. Процесс испарения происходит
тем интенсивнее, чем выше разность парциальных
давлений пара у поверхности пленки и вдали от
нее.
Внутри горячей пленки жидкости происходит
перенос теплоты от адиабатной стенки к поверх-
ности раздела фаз, при этом образуется тепловой
Рис. 1. Схема движения потоков при испарении
пленки жидкости в кольцевом канале.
Рис. 2. Схема движения потоков при испа-
рении пленки жидкости в щелевом канале.
ρ г ′
⎯ δ
ρ ′ ρ
⎯⎯ δ
d 2
d 1
у
V Т ′ г
Т ′ ж U U Т ′ ж
Т ′ г V
х
′ г г
δ
V
U Т ′ж
Т г ′
х
ρ г ′ ′ Т г ′ ′
Т ′ж U
60 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6
Тепло- и массообменные процессы
погранслой. Толщина пограничного слоя увели-
чивается в направлении оси х.
Для процесса охлаждения пленки характерно
наличие двух последовательно расположенных
участков. На первом при 0 < х < хн (хн – конечная
координата начального теплового участка) тол-
щина теплового погранслоя, развивающегося от
поверхности раздела фаз к стенке, меньше толщи-
ны пленки и температура теплоносителя в при-
стенном подслое постоянна и равна начальной
температуре жидкости T′ж. На втором участке при
х > хн имеет место равенство толщин пленки и те-
плового пограничного слоя, а температура жидко-
сти в пристенном слое асимптотически понижает-
ся и стремится в конце этого участка к температу-
ре мокрого термометра, которая соответствует па-
раметрам воздуха на входе в канал. Это подтвер-
ждается результатами экспериментов, которые
представлены в [4].
Результаты исследования и их анализ
При контакте газа и пленки жидкости наблю-
даются процессы конвективного переноса тепло-
ты в газовой фазе и диффузия пара в газ. Решение
дифференциальных уравнений переноса теплоты
и массы в данном случае, с учетом сделанных до-
пущений представлено в [4]:
( )Гжж
2
pж жU
T Td T
dx С
δλ ⋅ − 〈 〉〈 〉
= −
〈 〉 ⋅ δ ⋅ ⋅ρ
, (1)
( )ГГ
Г Г
ж ж
2 1
pV
2
T Td T
d ddx С
δα ⋅ 〈 〉 −〈 〉
= −
−⎛ ⎞〈 〉 ⋅ − δ ⋅ ⋅ρ⎜ ⎟
⎝ ⎠
, (2)
( )П ПП
Г Г
2 1
pV
2
d
d ddx C
δβ⋅ 〈ρ 〉 − 〈ρ 〉〈ρ 〉
= −
−⎛ ⎞〈 〉 ⋅ − δ ⋅ ⋅ρ⎜ ⎟
⎝ ⎠
. (3)
В треугольных скобках представлены средне-
интегральные значения величин.
Полученные в работе [4] среднеинтегральные
значения коэффициентов тепло- и массоотдачи
позволяют при помощи системы уравнений (1)-(3)
рассчитать параметры теплоносителей при раз-
личных начальных условиях. Однако, полученные
экспериментально и расчетным путем значения
параметров пленки отличаются на 20 %…30 %.
Для повышения точности определения парамет-
ров необходимо знать локальные значения коэф-
фициентов тепло- и массоотдачи.
Были проведены исследования по определению
изменения величины плотности удельного тепло-
вого потока по высоте канала. На рис. 3 показано
изменение плотности удельного теплового потока
по высоте канала. Приведенные данные позволя-
ют определить локальные значения коэффициен-
тов тепло- и массоотдачи по высоте кольцевого
канала в зависимости от плотности орошения.
При плотностях орошения Re > 200 характер
изменения плотности удельного потока прибли-
Рис. 3. Изменение плотности удельного тепло-
вого потока по высоте кольцевого канала:1 –
плотность орошения 0,086кг/(м с); 2– 0,069;
3 – 0,042; 4 – 0,024.
Рис. 4. Изменение плотности удельного тепло-
вого потока в зависимости от плотности
орошения на следующих участках кольцевого
канала:1 - участок 0…100 мм; 2 – 100…200; 3 –
200…300; 4 – 300…400; 5 – 900…1000.
3
4
2
1
0
3
6
9
12
15
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
L,мм
q,кВт/м2
q, кВт/м 2
1
2
3
4
5
0
2
4
6
8
10
12
0 1 2 3 4 5 6
Г х10 - 2 , кг/(м с)
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 61
Тепло- и массообменные процессы
жается к линейному. При плотностях орошения
Re < 200 необходимо пользоваться степенной за-
висимостью (рис. 4). На рис. 5 приведены зависи-
мости плотности удельного теплового потока от
параметров щелевого канала.
Все приведенные выше данные позволяют по-
высить точность определения параметров тепло-
носителя расчетным путем.
Вывод
Рис. 5. Изменение плотности удельного теплового
потока в зависимости от параметров щелевого ка-
нала: 1– гладкая одиночная пластина; 2– одиночная
пластина с сеткой; 3 – щель δ = 20 мм; 4 – щель
δ = 15 мм; 5 – щель δ = 5 мм. Твх = 80 °С; плотность
орошения - 0,084 кг/(м⋅с).
В результате проведенных исследований
получены локальные плотности теплового по-
тока при охлаждении стекающей пленки жид-
кости восходящим потоком воздуха в случае
естественной конвекции в щелевом и кольце-
вом каналах.
5
4
3
2
1
0
2
4
6
8
10
12
0 100 200 300 400 500
h, мм
q, кВт/м 2
ЛИТЕРАТУРА
1. Гашев П.И., Ковалев О.П., Цвелодуб О.Ю., Яку-
бовский Ю.В. Тепломассообмен при контакте
горячего газа со стекающей пленкой жидко-
сти// ИФЖ.- 1984.- Т. 46.- .№3.- С. 428-432.
2. Ганчев Б.Г. Охлаждение элементов ядерных ре-
акторов стекающими пленками. М-Л.: Энерго-
атомиздат, 1987.- С. 104.
3. Дикий Н.А., Туз В.Е., Колоскова Н.Ю., Трокоз
Я.Е. Исследование процессов тепломассопере-
носа в пористых насадках при пленочном тече-
нии жидкости // Изв. вузов СССР. Энергетика.-
1986.- № 7.- С. 93–96.
4. Туз В.Е., Лебедь Н.Л. Теплообмен и устойчи-
вость пленочного течения теплоносителя в ка-
налах с сетчатым покрытием//НТЖ Технологи-
ческие системы.- К.- 2002.- № 2(13).- С. 155-
158.
Получено 07.10.2004 г.
УДК 641.841
ПІЦИН С.В.
Український науково-дослідний інститут пожежної безпеки МНС України
МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ ВОГНЕЗАХИСНОЇ ЗДАТНОСТІ
ВОГНЕЗАХИСНИХ ПОКРИТТІВ ДЛЯ БУДІВЕЛЬНИХ
НЕСУЧИХ МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ
Приведено постановку та розрахун-
ково-експериментальний метод рішення
задачі визначення вогнезахисної здат-
ності вогнезахисних покриттів для буді-
вельних несучих металевих конструкцій.
Метод засновано на рішенні прямих за-
дач теплопровідності. В якості вогнеза-
хисної здатності прийнята залежність
мінімальної товщини вогнезахисного по-
криття від зведеної товщини металу та
нормативно заданої межі вогнестійкості.
Приведена постановка и расчетно-экс-
периментальный метод решения задачи по
определению огнезащитной способности
огнезащитных покрытий для строительных
несущих металлических конструкций. Ме-
тод основан на решении прямых задач теп-
лопроводности. В качестве огнезащитной
способности принята зависимость мини-
мальной толщины огнезащитного покрытия
от приведенной толщины металла и норма-
тивно заданного предела огнестойкости.
Statement and rated - experimental
method of the solution of problem of
fire-protective capacity definition of fire-
protective covers for building carriers of
metallic designs are adduced. The
method is based on the solution of di-
rect problems of heat conduction. The
dependence of minimum fire-protective
cover depth from reduced depth of
metal and normatively predetermined
threshold of fire resistance is accepted
62 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61584 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:15:37Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Письменный, Е.Н. Дикий, Н.А. Туз, В.Е. Лебедь, Н.Л. 2014-05-08T07:00:00Z 2014-05-08T07:00:00Z 2004 Влияние конструктивных характеристик щели на теплообмен при гравитационном стекании пленки / Е.Н. Письменный, Н.А. Дикий, В.Е. Туз, Н.Л. Лебедь // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 58-62. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61584 536.423 Представлены результаты исследования локальной плотности теплового потока при гравитационном стекании пленки в щелевом и кольцевом каналах в случае естественной конвекции. Полученные результаты позволяют, используя систему дифференциальных уравнений, определить параметры контактирующих теплоносителей. Представлено результати досліджень локальної щільності теплового потоку при гравітаційному стіканні плівки в щілинному та кільцевому каналах у випадку природної конвекції. Отримані результати дозволяють визначити параметри теплоносіїв, що контактують, за допомогою системи диференційних рівнянь. Results of research of a local heat flux density are submitted at a gravitational refluxing of a film in slot-hole and ring channels in case of a natural convection. The received results allow to spot parameters of contacting heat-carriers using system of differential equations. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные процессы Влияние конструктивных характеристик щели на теплообмен при гравитационном стекании пленки Influence of design characteristics of the slot-hole channel on heat exchange at a gravitational refluxing of a film Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние конструктивных характеристик щели на теплообмен при гравитационном стекании пленки Письменный, Е.Н. Дикий, Н.А. Туз, В.Е. Лебедь, Н.Л. Тепло- и массообменные процессы |
| title | Влияние конструктивных характеристик щели на теплообмен при гравитационном стекании пленки |
| title_alt | Influence of design characteristics of the slot-hole channel on heat exchange at a gravitational refluxing of a film |
| title_full | Влияние конструктивных характеристик щели на теплообмен при гравитационном стекании пленки |
| title_fullStr | Влияние конструктивных характеристик щели на теплообмен при гравитационном стекании пленки |
| title_full_unstemmed | Влияние конструктивных характеристик щели на теплообмен при гравитационном стекании пленки |
| title_short | Влияние конструктивных характеристик щели на теплообмен при гравитационном стекании пленки |
| title_sort | влияние конструктивных характеристик щели на теплообмен при гравитационном стекании пленки |
| topic | Тепло- и массообменные процессы |
| topic_facet | Тепло- и массообменные процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61584 |
| work_keys_str_mv | AT pisʹmennyien vliâniekonstruktivnyhharakteristikŝelinateploobmenprigravitacionnomstekaniiplenki AT dikiina vliâniekonstruktivnyhharakteristikŝelinateploobmenprigravitacionnomstekaniiplenki AT tuzve vliâniekonstruktivnyhharakteristikŝelinateploobmenprigravitacionnomstekaniiplenki AT lebedʹnl vliâniekonstruktivnyhharakteristikŝelinateploobmenprigravitacionnomstekaniiplenki AT pisʹmennyien influenceofdesigncharacteristicsoftheslotholechannelonheatexchangeatagravitationalrefluxingofafilm AT dikiina influenceofdesigncharacteristicsoftheslotholechannelonheatexchangeatagravitationalrefluxingofafilm AT tuzve influenceofdesigncharacteristicsoftheslotholechannelonheatexchangeatagravitationalrefluxingofafilm AT lebedʹnl influenceofdesigncharacteristicsoftheslotholechannelonheatexchangeatagravitationalrefluxingofafilm |