Исследование теплопередачи забортного теплообменного аппарата

В отличие от ОТОА, в лабиринтном канале ЗТОА (см. рис. 2.2) теплоотвод осуществляется через две противоположные стенки. В соответствии с [77, 78, 76], это может привести к изменению теплоотдачи. Поэтому необходимо проведение экспериментальных исследований с целью определения зависимостей, которые обеспечили бы выполнение теплотехнического расчета ЗТОА.

Экспериментальная модель ЗТОА представляла собой (рис. 2.40) разборную полую коробчатую конструкцию I с внешними размерами 1,5x1,0x0,035 м.

Схема экспериментальной модели ЗТОА

Рис. 2.40. Схема экспериментальной модели ЗТОА

Внутри этой конструкции имелась плоская щель 2 с зазором 15 мм, разделенная перегородками 3 лабиринтного канала 4. Была предусмотрена возможность изменения количества, размеров и места расположения этих перегородок 3. В результате исследовался теплообмен при наличии 14, 8 и 6 прямых участков лабиринтного канала. Отвод теплоты осуществлялся через плоские стенки 5 (теплопередающие стенки) толщиной 10мм. Боковые стенки были теплоизолированы.

Для измерения температур внутренней и наружной поверхностей на одной из теплопередающих стенок 5 было зачеканено по 16 хромель-копелевых термопар с диаметром термоэлектродов 0,15 мм. Провода термопар уложены на стенке в специальные каналы. Непосредственно на входе 6 и выходе 7 воды из аппарата установлены термопары контроля температуры.

Проведенные исследования показали наличие на внутренней и наружной поверхностях теплопередающих стенок аппарата изменяющихся температурных условий. Так, на рис. 2.41 представлено изменение температуры ^ и гс2 в направлении прямого участка лабиринтного канала. При температуре пресной воды /' = 93 °С и у = 1,2 м/с изменение

/С1 по длине составляет около 6 °С. Увеличение скорости приводит к выравниванию температуры поверхности. Так, при V = 3,1 м/с изменение температуры внутренней поверхности по длине уменьшается до 2°С. Аналогичная картина наблюдается и в отношении температуры наружной поверхности теплопередающей стенки.

Изменение температуры / по высоте Н поверхности стенки в направлении прямых участков лабиринтного канала

Рис. 2.41. Изменение температуры / по высоте Н поверхности стенки в направлении прямых участков лабиринтного канала:

1 — 2 — Гс2; г' = 93 °С

Более существенное изменение температур /с) и /с2 имеет место в направлении, перпендикулярном прямым участкам лабиринтного канала (рис. 2.42). В случае t'ж = 93 °С и V = 1,2 м/с изменение по длине составляет для /С] примерно 16 °С, а для /с2— 13 °С. Это в несколько раз большее изменение по сравнению с направлением прямых участков лабиринтного канала. Приведенные данные с учетом перетекания теплоты в теплопередающей стенке позволяют считать, что на поверхности формируется температурное поле, аналогичное представленному на рис. 2.7.

Изменение температуры поверхностей стенок / и / по ширине В поверхности теплопередающей стенки в направлении, перпендикулярном прямым

Рис. 2.42. Изменение температуры поверхностей стенок /с1 и /с2 по ширине В поверхности теплопередающей стенки в направлении, перпендикулярном прямым

участкам лабиринтного канала (= 93 °С; V = 1,2 м/с): 1 — /С1 ; 2 — &2

Зависимость коэффициента теплоотдачи оц от скорости V движения в канале представлена на рис. 2.43. Видно, что увеличение у с 0,5 м/с до

1,5 м/с позволяет повысить осі с 2800 Вт/(м2К) до 3800 Вт/(м2К).

Зависимость коэффициента теплоотдачи аі от скорости движения V

Рис. 2.43. Зависимость коэффициента теплоотдачи аі от скорости движения V

воды в канале ЗТОА (г' =65°С, сіж / 1п = 1,54-10 2 )

Экспериментальные данные, представленные на рис. 2.44, показывают, что средняя по поверхности теплоотдача пропорциональна числу Ие в степени 0,4. Это значение соответствует результатам, полученным нами для лабиринтного канала ОТОА.

Экспериментальные данные по теплоотдаче в лабиринтном канале ЗТОА показаны на рис. 2.45.

Зависимость \%А от 1 А = /V* (Рг / Рг)°'

Рис. 2.45. Зависимость \%А от 1 А = /V*4 (Ргж / Ргсі)°'25

Кб

Соответствующая апроксимирующая зависимость имеет вид

/

0,4 о, 0,4

Ли, =31 КеччРг

Рг

0,25

(

с1

0,9

эк

Ру

V ГГС

V п У

(2.20)

при Яе = (1,2...3,2)-104; Рг = 1,9...4,9; Рг / Ргс = 0,95...0,99.

Выполненные гидравлические испытания указали на возможность использования для расчетов сопротивления лабиринтного канала полученной ранее зависимости для лабиринтного канала ОТОА.

В ЗТОА теплоотдача забортной воде осуществляется при свободной конвекции. Теплоотдача существенно зависит от температурного напора между поверхностью и забортной водой (рис. 2.46). При

ГС2 -ti =10°С значение а2 равно 400 Вт/(м2К). Увеличение tc2-tъ до 30

°С приводит к повышению 0С2 до 620 Вт/(м2К). В ходе экспериментов не обнаруживается влияние V на 0С2.

Зависимость коэффициента теплоотдачи аот температурного напора / (и= 0,5...2,7 м/с)

Рис. 2.46. Зависимость коэффициента теплоотдачи а2 от температурного напора /с2 (и= 0,5...2,7 м/с)

Определено, что результаты экспериментального исследования теплоотдачи забортной воде удовлетворительно апроксимируются зависимостью по теплоотдаче в ОТОА при (р = 0 (см. таблицу 2.7). В экспериментах на модели ЗТОА были реализованы числа Яа = 7,2- 10й...2,6-1013. Максимальные значения этого диапазона больше достигнутых на модели ОТОА. Это расширяет область использования зависимости, описывающей теплоотдачу наружной поверхности теплопередающей стенки ЗТОА

/ _ -0,09

Рг

(2.21)

А^2=0,1Лй0-33

при Яа= 2,1- 10м...2,6-1013, Рг2 / Ргс2 = 1,3...9,5.

Поскольку 0(2<0С1, то теплоотдача забортной воде при свободной

конвекции в значительной степени определяет значение коэффициента теплопередачи ЗТОА. Поэтому рассмотрим соответствующие экспериментальные результаты в рамках данного раздела. Значение К зависит от температурного напора Д/ = /ж - /3 (рис. 2.47).

Зависимость коэффициента теплопередачи К теплообменника от температурного напора Д? ( V/ = 0,9... 1,0 м/с)

Рис. 2.47. Зависимость коэффициента теплопередачи К теплообменника от температурного напора Д? ( V/ = 0,9... 1,0 м/с)

Так, при Дг = 10 °С имеем К= 340 Вг/(м2К), а при Дг = 50 °С достигается К - 520 Вт/(м2К). Поскольку гидравлическое сопротивление лабиринтного канала ЗТОА при этом не меняется, то подачу к аппарату теплоносителя с максимальной температурой следует рассматривать в качестве основного средства повышения эффективности теплоотвода. Обеспечению максимального Дг служит и размещение ЗТОА на глубинах (обычно 30...50 м), где температура морской воды равна 8... 10 °С вне зависимости от сезона.

Повышение скорости у движения воды также способствует увеличению К (рис. 2.48).

Зависимость коэффициента теплопередачи К" от скорости і/ воды

Рис. 2.48. Зависимость коэффициента теплопередачи К" от скорости і/ воды

в лабиринтном канале (Д/= 40 °С)

Однако эффект от этого оказывается ниже, чем в случае изменения Дг. Повышение у с 0,5 м/с до 2 м/с приводит к увеличению К с 470 Вт/(м2К) до 530 Вт/(м2К). При этом существенно (пропорционально V’2) возрастает гидравлическое сопротивление. Поэтому в канале не следует создавать скорости воды более 0,8...1,0 м/с.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >