Анализ и сопоставление результатов исследований

В результате проведенных исследований получены зависимости (2.15) и (2.16), описывающие теплоотдачу в лабиринтном канале ОТО А.

Так, в (2.15) значение показателя степени при числе Яе равно 0,4, что отлично от значения 0,8, имеющего место в зависимостях для прямых каналов (см. табл. 2.1). Нами установлено, что увеличение скорости охлажденной жидкости приводит, с одной стороны, к увеличению теплоотдачи, с другой стороны, это создает по длине прямого участка лабиринтного канала зоны с различным теплоотводом (см. рис. 2.10). Результирующее действие этих двух факторов проявляется в меньшей интенсификации теплоотдачи за счет увеличения V (Яе) по сравнению с прямыми каналами.

Определенное влияние на теплоотдачу в лабиринтной канале оказывает неравномерность теплоотвода по периметру его поперечного сечения. Так, в работе [75] показано, что для каналов с неизотермическим периметром следует ожидать значение показателя степени при Яе, отличное от часто применяемого значения 0,8.

Сопоставление полученных результатов по теплоотдаче в лабиринтном канале ОТОА и ЗТОА с известными данными показано на рис. 2.49.

Сопоставление теплоотдачи в канале по данным различных зависимостей (г =62 °С; Рг = 3,0

Рис. 2.49. Сопоставление теплоотдачи в канале по данным различных зависимостей (гж =62 °С; Ргж = 3,0;

  • ?С| = 57 °С; Рэк = 0,02 м; /_ = 6 / Ь =1,67-10-2; /п / Рж = 50):
    • 1 —зависимость (2.15); 2 — зависимость (2.24); зависимости из табл. 2.1;
    • 3 — [64, 51 ]; 4 — [60]; 5 — [59, 46]; 6 — [65]

Значения, соответствующие зависимостям (2.15) и (2.20), отличаются на 10... 15%, что может являться следствием различных условий теплоотвода в каналах [75, 77]. Для ОТОА осуществляется односторонний теплоотвод, а для ЗТОА— двухсторонний теплоотвод в лабиринтном канале прямоугольного поперечного сечения. Однако следует иметь в виду, что указанное выше отличие находится в пределах погрешности проведенных экспериментов. При числах Яе - 10 000...25 000 значение

N111, рассчитанное по (2.15), практически равно значению, имеемому по зависимостям для прямых изотермических каналов [64, 51]. Увеличение числа Рейнольдса приводит к меньшим Ащ по сравнению с [132, 51], и при Яе - ЗО-104 значения отличаются примерно в три раза. По отношению к выражению, рекомендуемому в [59, 46] для расчета коэффициента теплоотдачи в лабиринтном канале ОТОА, его значение примерно в четыре раза меньше. В то же время получаемые числа Nu в 2...4 раза больше, чем в работе [142]. Данная картина связана с рассмотренными выше особенностями процесса теплоотдачи в лабиринтном канале. Так, в частности, в [143, 76, 69] отмечалось, что односторонний

теплоотвод в прямоугольном канале уменьшает oci на 10...30%. В [135, 133, 140] указывается, что если dtcJdl<0 или dq/dl<0, то имеет место

меньшая теплоотдача, чем в случае tcX = const и q = const. Отличие результатов зависит от степени неравномерности /с1 или q и увеличивается с ее увеличением. Так, в [140] это отличие составило 30%.

Следовательно, отличие результатов, полученных в данной работе, объясняется совокупным действием факторов и особенностями теплоотдачи, выявленными ранее.

При исследовании теплоотдачи забортной воде получены уравнения подобия для углов наклона поверхности ОТОА ф = -90°; -75°; -60°; -30°; 0; 30°; 60° и 90° (табл. 2.7). Определены выражения (2.18) и (2.19), описывающие значения коэффициентов С и К при любых ф. Установлено, что теплоотдача наружной поверхности вертикально расположенного ЗТОА забортной воде может быть описана зависимостью для ОТОА с углом наклона ф = 0°.

Полученные уравнения содержат в своем составе симплекс

с показателем степени, отличным от наиболее часто

употребляемого значения 0,25 [70, 72]. Это объясняется тем, что помимо поперечной неизотермичности (жидкости в пристенном погранслое) учитывается и продольная неизотермичность поверхности. При углах наклона теплообменника ф = -60°...-90° показатель степени при Ra равен 0,33, что указывает на автомодельность процесса теплоотдачи по отношению к размерам поверхности.

Применительно к вертикальному (ф - 0) расположению ОТОА на рис. 2.50 приведено сопоставление полученной зависимости (см. табл. 2.6) с данными других авторов.

По отношению к зависимости, рекомендованной в [87, 64] и описывающей теплоотдачу изотермической поверхности, получаемые значения Nu2 примерно в 1,7 раза меньше. Зависимости для неизотермической поверхности, полученные в [89], также представлены на этом рисунке. В рассматриваемой области чисел Ra, довольно близкие к нашим результатам дает зависимость, полученная для верхнего расположения нагревателя (см. табл. 2.2). Максимальное отличие не превышает 30%.

Таким образом, результаты проведенных исследований удовлетворительно согласуются с выводами других исследований. Однако имеются отмеченные выше отличия, которые объясняются специфичным двухмерным полем температур, имеющим место на наружной поверхности обшивочного теплообменника. Так, например, при исследованиях [89] поле температур изменялось лишь в одном направлении.

В [89] выявлено влияние на теплоотдачу взаимного направления теплового потока в плите и восходящих потоков охлаждающего возду-

Сопоставление теплоотдачи поверхности при свободной конвекции (ср = 0)

Рис. 2.50. Сопоставление теплоотдачи поверхности при свободной конвекции (ср = 0):

  • 1 — зависимость (2.21) и зависимость (ф= 0) из табл.2.6;
  • 2 — [87, 64]; 3 — [89], обогреватель вверху;
  • 4 — [89], обогреватель внизу; 5 — [89], обогреватель сбоку

ха. В проведенных исследованиях влияние поворота аппарата по углу у

на 0С2 и К не установлено. Видимо, этот факт объясняется тем, что автор работы [89] проводил исследования при степени неравномерности

температурного поля 0ж (д/стах Дс) = 0,02... 1,0. В данных исследованиях

достигалось 0Ж = 0,06...0,13. Кроме того, наблюдается существенное различие в характере изменения температур поверхности в рассматриваемых случаях.

Для углов наклона аппарата ф = -90 и -75° показатель степени при Ra равен соответственно 0,2 и 0,28. Имеет место неавтомодельность

процесса теплоотдачи по отношению к Н, то есть значение осг зависит от линейных размеров поверхности. При < 20°С в первом при

ближении можно принять, что <7с2 ~ const. Тогда применительно к положению ф - -90° результаты хорошо согласуются с данными [104], где также требуется учет размеров поверхности. В таблице 2.8 представлены результаты некоторых опытов и их сопоставление с зависимостями таблицы 2.7 для ф = -90° и результатами [104] (см. таблицу 2.2). Максимальное отличие не превышает 15... 17%. Показатель степени при Ra, по результатам проведенных исследований при ф = -90°, равен 0,2 и совпадает с данными авторов [101, 103] (см. таблицу 2.2). Однако в нашем случае С - 1,4, что в несколько раз выше, чем в упомянутых работах.

Таблица 2.8

Сопоставление опытных и расчетных данных при <р = -90°

п/п

V,

м/с

Ґ

'ж 'ж ’

°С

/ж ,

°С

*3?

°С

Чу -Вт/м2

Значения

Опыт

ные

Зависимость из

табл.2.7

Зависимость [104] (см. табл. 2.2)

1

0,35

17,5

69,5

16,7

10 700

369

384

378

2

1,11

8,24

85,7

18,9

16 000

418

403

442

3

1,89

5,64

93,8

20,7

18 500

435

410

481

4

0,32

6,58

44,6

20,4

3830

290

335

325

5

1,13

2,60

49,5

20,1

5270

328

346

352

6

1,92

1,30

45

20,5

4470

336

335

337

Проведенные исследования показывают, что соотношение значений коэффициентов теплоотдачи ОТО А при различных углах наклона

(ф = -90°...0°) зависит от температурного напора /С2 -/3.

Так, для углов ф - -90° и 0° это соотношение может меняться от 2,2 до 3,5 при tc2 -/3 = 7...45 °С. Это весьма близко к данным работы [99]. В то же время такие результаты отличаются от однозначных рекомендаций [72], предлагающих для ф = -90° брать а і на 30% меньше, чем при ф = 0°. Теплоотдача аппарата, повернутого на какой-либо угол

Ф > 0, характеризуется примерно постоянным, независящим от /С2 - tг,

относительным приростом со по сравнению с теплоотдающей при

ф = 0°. Так, для положения ф = 90° значения со примерно на 20% больше, чем при вертикальном положении. В этом плане рекомендация [72]

считать оо на 30% больше достаточно близка к полученным нами результатам.

Проведенные исследования позволили определить зависимость (рис. 2.26) для расчета сопротивления лабиринтного канала. Число Рейнольдса входит в него с показателем степени, равным минус 0,2. Это хорошо согласуется с данными, представленными в [144]. Сравнительный расчет сопротивления, выполненный по полученной зависимости и традиционным методам для изотермического канала, с использованием рекомендаций [144, 64], показал, что полученные значения отличаются не более, чем на 10%.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >