Модернизация U-образного трубчатого рекуператора с использованием вторичных излучателей
Рассмотрена интенсификация теплообменных процессов в системе “продукты сгорания – стенка трубы – поток воздуха”, а в частности конвективной составляющей за счет установки дополнительных адиабатических вставок различной формы. При анализе экспериментальных данных была получена теплообменная зависимос...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2004
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61594 |
| 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: | Модернизация U-образного трубчатого рекуператора с использованием вторичных излучателей / А.В. Педоренко // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 103-106. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860042045345759232 |
|---|---|
| author | Педоренко, А.В. |
| author_facet | Педоренко, А.В. |
| citation_txt | Модернизация U-образного трубчатого рекуператора с использованием вторичных излучателей / А.В. Педоренко // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 103-106. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Рассмотрена интенсификация теплообменных процессов в системе “продукты сгорания – стенка трубы – поток воздуха”, а в частности конвективной составляющей за счет установки дополнительных адиабатических вставок различной формы. При анализе экспериментальных данных была получена теплообменная зависимость=Nuf (Reа), для дальнейшего ее использования при конструкторско – проектировочных расчетах.
Розглянуто інтенсифікацію теплообмінних процесів в системі "продукти згоряння – стінка труби – потік повітря", зокрема в конвективній складовій, за рахунок встановлення додаткових адіабатичних вставок різної форми. При аналізі експериментальних даних отримано теплообмінну залежність f (Re=Nuа), для подальшого її використання при конструкторсько-проектувальних розрахунках.
The intensification of heat-transfer processes in system “combustion products – tube wall – air flow” in a convective component is considered due to installation additional adiabatic inserts of the various form. Analysing experimental data a heat-transfer dependence Nu = f (Reа) for its further use at design calculations is received.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:56:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
Тепло- и массообменные аппараты
УДК 536.24:621.783
ПЕДОРЕНКО А.В.
Институт газа НАН Украины
МОДЕРНИЗАЦИЯ U-ОБРАЗНОГО ТРУБЧАТОГО
РЕКУПЕРАТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВТОРИЧНЫХ
ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
Розглянуто інтенсифікацію теплооб-
мінних процесів в системі "продукти зго-
ряння – стінка труби – потік повітря", зок-
рема в конвективній складовій, за рахунок
встановлення додаткових адіабатичних
вставок різної форми. При аналізі експе-
риментальних даних отримано теплооб-
мінну залежність f (Re=Nu а), для пода-
льшого її використання при конструктор-
сько-проектувальних розрахунках.
Рассмотрена интенсификация теплооб-
менных процессов в системе “продукты сго-
рания – стенка трубы – поток воздуха”, а в
частности конвективной составляющей за
счет установки дополнительных адиабатиче-
ских вставок различной формы. При анализе
экспериментальных данных была получена
теплообменная зависимость =Nu f (Reа), для
дальнейшего ее использования при конструк-
торско – проектировочных расчетах.
The intensification of heat-
transfer processes in system “com-
bustion products – tube wall – air
flow” in a convective component is
considered due to installation addi-
tional adiabatic inserts of the vari-
ous form. Analysing experimental
data a heat-transfer dependence
Nu = f (Reа) for its further use at
design calculations is received.
F − поверхность, м2;
Nu − число Нуссельта;
Rea − число Рейнольдса в трубе;
T − температура, К;
α − коэффициент теплоотдачи, Вт⋅м2/К;
Индексы:
max − максимальный;
f − топочное пространство;
w − стенка;
вн − внутренний;
нар − наружный;
рас −расчетный;
экс − экспериментальный.
Для нагревательных печей характерны высокие
уровни температур рабочего пространства (по-
рядка 1300…1450 °С). Температура нагрева ме-
талла для его последующей обработки в таких пе-
чах составляет обычно 1200…1250 °С. Особен-
ность работы нагревательных печей – наличие
высокотемпераурных продуктов сгорания с тем-
пературой порядка 930…1040 °С. Поэтому для
возвращения в технологический процесс энергии,
выбрасываемой с высокотемпературными продук-
тами сгорания из нагревательных печей, разрабо-
таны различные методы утилизации теплоты. Од-
ним из основных методов является подогрев воз-
духа горения в рекуператорах или регенераторах.
Известны три типа рекуператоров, которые оп-
ределяются основной составляющей теплопере-
носа от продуктов сгорания к теплообменной по-
верхности [1]:
- конвективные,
- радиационные,
- конвективно-радиационные.
Тип рекуператора из числа упомянутых опре-
деляется основной составляющей теплопереноса
от продуктов сгорания к теплообменной поверх-
ности.
Перенос теплоты в системе «высокотемпера-
турные продукты сгорания – теплообменная по-
верхность – лучепрозрачный газ (воздух)» обычно
лимитируется второй стадией, всегда конвектив-
ной. В связи с этим основное внимание при разра-
ботке рекуператоров новых конструкций обычно
уделяется интенсификации конвективной состав-
ляющей, лимитирующей суммарный теплопере-
нос через стенку.
В последние годы наметились два основных
подхода к интенсификации конвективного пере-
носа в теплообменниках [2]:
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 103
Тепло- и массообменные аппараты
- увеличение поверхности обмена с обеих ее сто-
рон: использование волнообразной поверхности
труб – Wellrohrrecuperator (рис.1а), установка
продольных ребер с обеих сторон поверхности –
Rippenrohrrecuperator (рис.1б), размещение корот-
ких зубьев, ряды которых смещены по отноше-
нию друг к другу – Zacken-rekuperator [2];
- использование поверхностей с мелкими и глубо-
кими впадинами на наружной поверхности труб
(dimpled surface) (рис.1в) [2].
В Институте газа НАНУ предложено интенси-
фицировать тепловые процессы внутри труб пет-
левого рекуператора, по которому движется по-
догреваемый газ (чаще всего лучепрозрачный
воздух), путем установки адиабатных поверхно-
стей (вставок) − (рис. 1г). Теплообменные трубы
получают теплоту от продуктов сгорания в дымо-
вом канале, где устанавливается рекуператор. За-
тем тепловой поток передается излучением к
вставкам от внутренних поверхностей теплооб-
менных труб. В свою очередь вставки, как допол-
нительные поверхности, конвекцией передают те-
плоту воздушному потоку [3].
Задача исследований состояла в получении
общей теплообменной зависимости f (Re=Nu а)
для дальнейшего ее использования с конструктор-
ско-проектных расчетах модернизированного
U-образного трубчатого рекуператора.
Экспериментально полученный массив данных
для различных образцов вставок обрабатывался
при помощи зависимости следующего вида, учи-
тывающей включением в критериальную зависи-
мость дополнительного температурного комплек-
са
c
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
⋅
⋅
)(
(
нар
),эфнΣ
f
maв
TF
TF
c
b
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⋅
⋅
⋅⋅=
f
ma
a TF
TF
a
нар
,эфвнΣReNu , (1)
где −⎥⎦⎢⎣ нар
эфвнΣ
F
⎤⎡F отношение внутренней сум-
марной эффективной поверхности теплообмена к
наружной поверхности трубы.
При обработке массива данных при помощи
компьютерной программы STATISTICA была по-
лучена следующая зависимость:
45.0
нар
,эфвн897.0 ΣRe01.0Nu
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⋅
⋅
⋅⋅=
f
ma
a TF
TF
, (2)
коэффициент корреляции R = 0.983. Рабочий диа-
пазон изменения параметров, по которым получе-
на формула: = 1000…1150 K; =700…950 К;
Re
fT maT ,
a = (2.0…8.0)⋅104.
На рис. 2 представлена статистическая кор-
реляция αрас= f (αэкс) для опытной секции трубча-
того рекуператора с различными видами вставок и
без них. Значения αрас было рассчитано при по-
мощи полученной зависимости (2), αрас – относит-
ся к внутренней поверхности трубы, а Reа рас-
считывается по определяющему размеру базовой
конструкции. Сопоставление величин αрас и αэкс
показывает, что погрешность расчетных значений
по отношению к экспериментальным δα составля-
ет от (-4)% до (+10)%.
Для уменьшения погрешности и приближе-
ния расчетных данных с экспериментальными в
формулу (2) ввели дополнительный параметр θ,
Рис. 1. Способы интенсификации теплообмена
в трубах: а-в – дополнительная турбулизация
за счет изменения геометрии обтекаемой по-
верхности: а – волнообразная поверхность,
б – двустороннее оребрение, в – впадины (кавер-
ны) на поверхности трубы; г – установка
вторичных излучателей – адиабатных вставок
внутри трубы.
104 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6
Тепло- и массообменные аппараты
позволяющий уменьшить погрешность расчета.
45.0
нар
,эфвн897.0 ΣθRe01.0Nu
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⋅
⋅
⋅⋅⋅=
f
ma
a TF
TF
. (3)
Физический смысл параметра θ состоит в учете
различий интенсивности суммарного лучисто-
конвективного теплообмена внутри трубы, обу-
словленного, как изменением в различных вари-
антах взаимной геометрии системы: стенка
(внешняя поверхность) теплообменной трубы –
вторичные излучатели – радиационный перенос,
так и изменением в этих условиях условий обте-
кания поверхностей, задействованных при облу-
чении вставок – конвективный перенос. В конеч-
ном счете, влияние параметра θ сводится к неко-
торому учету изменения относительного темпера-
турного напора в системе: теплообменная стенка
– независимый поток в трубе для случая движения
лучепрозрачного газа (воздуха) между взаимно
излучающими поверхностями. Можно считать,
что этот параметр аналогичен сомножителю
(Tf - Tw) / Tf, входящему в параметр χII при учете
неаддитивности лучистого и конвективного пото-
ков при турбулентном движении излучающего га-
за в каналах [4].
Рис. 2. Статистическая корреляция расчетных
данных αрас по обобщенной зависимости Nu =
= f (Reа) и экспериментальных αэкс значений ко-
эффициента теплоотдачи внутри трубы от
стенки к воздушному потоку: ♦– базовая сек-
ция без вставок. Секции со вставками: х –
вставки - коаксиальные трубы, о – вставки с
оребрением I, 5- вставки с оребрением II.
В результате расчетов были получены следую-
щие значения коэффициентов θ в формуле (3):
- базовая секция без вставок – θ = 1,13;
- секции со вставками:
- вставки коаксиальные трубы- θ = 1,03;
- вставки с оребрением I – θ = 1,15;
вставка с оребрением II – θ =1,21.
Коэффициент корреляции для всех случаев на-
ходится в диапазоне R = 0,993…0,997.
На рис. 3 представлена зависимость αрас=
= (αэкс) для опытной секции трубчатого рекупера-
тора с различными видами вставок и без них. αрас
было рассчитано при помощи полученной зави-
симости (3), с учетом рекомендованных значений
параметра θ. Их сопоставление показывает, что
погрешность расчетных значений по отношению к
экспериментальным укладывается в область
δα = ± 6 %.
Рис. 3. Статистическая корреляция расчетных
данных αрас по обобщенной зависимости Nu =
= f (Reа) с учетом параметра θ и эксперимен-
тальных αэкс значений коэффициента тепло-
отдачи внутри трубы от стенки к воздушному
потоку: ♦– базовая секция без вставок. Секции
со вставками: х – вставки - коаксиальные
трубы; о – вставки с оребрением I;5- вставки с
оребрением II.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 105
Тепло- и массообменные аппараты
Выводы
Выполнено обобщение экспериментальных
данных по теплообмену между воздушным пото-
ком, движущимся в трубах петлевого рекуперато-
ра, и стенками трубы при установке внутри трубы
вторичных излучателей различной конструкции и
геометрии.
Установлено, что в трубах с вторичными излу-
чателями наблюдается интенсификация передачи
тепла к воздушному потоку.
Обобщение экспериментальных данных в виде
критериального уравнения Nu = f (Reа) обычно
используемого для описания конвективного теп-
лообмена в каналах дает удовлетворительное со-
гласование с экспериментом при условии введе-
ния в уравнение дополнительного сомножителя
учитывающего влияние температур внешнего по
отношению к трубе теплоотдающего агента и
движущегося внутри трубы потока воздуха.
ЛИТЕРАТУРА
1. Чоджой М.Х.. Энергосбережение в промыш-
ленности.– М: “Металлургия”, 1982.– 270 с.
2. Сорока Б.С., Шандор П., Пьяных К.Е., Педо-
ренко А.В. Интенсификация высокотемпера-
турного теплообмена путем установки вторич-
ных излучателей в трубах // Пром. теплотехни-
ка.– 2003.– Т. 25.- № 4.– С.349-352.
3. Патент 22983 A, Украина, F23 L 15/04. Рекупе-
ратор/ Сорока Б.С., Карп И.Н., Шандор П. и
др.– 05.05.1998.
4. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в тепло-
обменниках. М.:«Наука», 1982.– С. 472.
5. Швегжда С.А., Кионюнас А.П., Головлев И.Г.
Теплообмен продольно обтекаемого цилиндра
в канале, разделенном на секторы.– В кн.: Фи-
зико-технические проблемы энергетики.– Кау-
нас: ИФТПЭ АНЛитССР.- 1986.- С.115-119.
Получено 28.09.2004 г.
* Выполнено под руководством проф. Б.С. Сороки.
УДК 532.695
ПИРОЖЕНКО И.А.
Ин-т технической теплофизики НАН Украины
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ
И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЖИДКОСТИ В РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННОМ
АППАРАТЕ
Наведено результати дослідження
експериментального дослідження напір-
но-витратних та теплових характеристик
рідини в роторно-пульсаційному апараті
циліндричного типу при змінному числі
обертання двигуна на модельних ріди-
нах різної в’язкості.
Представлены результаты экспери-
ментального исследования напорно-
расходных и тепловых характеристик
жидкости в роторно-пульсационном ап-
парате цилиндрического типа при пере-
менном числе оборотов двигателя на
модельных средах различной вязкости.
Experimental results of fluid-flow and
heat characteristics of liquid in rotor-pulse
apparatus of cylindrical type at variable
motor speed on model mediums with dif-
ferent viscosity are presented.
а – ширина прорезей, м;
b – высота прорезей, м;
H - напор, м;
m - число отверстий в обечайке;
n – число оборотов ротора, об/мин;
Q – объемный расход, м3/с;
r – радиус ротора, м;
T – температура, К;
106 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61594 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:56:13Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Педоренко, А.В. 2014-05-08T07:32:39Z 2014-05-08T07:32:39Z 2004 Модернизация U-образного трубчатого рекуператора с использованием вторичных излучателей / А.В. Педоренко // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 103-106. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61594 536.24:621.783 Рассмотрена интенсификация теплообменных процессов в системе “продукты сгорания – стенка трубы – поток воздуха”, а в частности конвективной составляющей за счет установки дополнительных адиабатических вставок различной формы. При анализе экспериментальных данных была получена теплообменная зависимость=Nuf (Reа), для дальнейшего ее использования при конструкторско – проектировочных расчетах. Розглянуто інтенсифікацію теплообмінних процесів в системі "продукти згоряння – стінка труби – потік повітря", зокрема в конвективній складовій, за рахунок встановлення додаткових адіабатичних вставок різної форми. При аналізі експериментальних даних отримано теплообмінну залежність f (Re=Nuа), для подальшого її використання при конструкторсько-проектувальних розрахунках. The intensification of heat-transfer processes in system “combustion products – tube wall – air flow” in a convective component is considered due to installation additional adiabatic inserts of the various form. Analysing experimental data a heat-transfer dependence Nu = f (Reа) for its further use at design calculations is received. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные аппараты Модернизация U-образного трубчатого рекуператора с использованием вторичных излучателей Modernization of U-type tube recuperator using second radiators Article published earlier |
| spellingShingle | Модернизация U-образного трубчатого рекуператора с использованием вторичных излучателей Педоренко, А.В. Тепло- и массообменные аппараты |
| title | Модернизация U-образного трубчатого рекуператора с использованием вторичных излучателей |
| title_alt | Modernization of U-type tube recuperator using second radiators |
| title_full | Модернизация U-образного трубчатого рекуператора с использованием вторичных излучателей |
| title_fullStr | Модернизация U-образного трубчатого рекуператора с использованием вторичных излучателей |
| title_full_unstemmed | Модернизация U-образного трубчатого рекуператора с использованием вторичных излучателей |
| title_short | Модернизация U-образного трубчатого рекуператора с использованием вторичных излучателей |
| title_sort | модернизация u-образного трубчатого рекуператора с использованием вторичных излучателей |
| topic | Тепло- и массообменные аппараты |
| topic_facet | Тепло- и массообменные аппараты |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61594 |
| work_keys_str_mv | AT pedorenkoav modernizaciâuobraznogotrubčatogorekuperatorasispolʹzovaniemvtoričnyhizlučatelei AT pedorenkoav modernizationofutypetuberecuperatorusingsecondradiators |