Экспериментальные исследования эффективности однорядного пучка из биметаллических оребренных труб с различной высотой оребрения при свободно-конвективном теплообмене с воздухом

Рассмотреть как будет влиять изменение высоты оребрения биметаллических оребренных труб однорядного пучка на тепловые, габаритные и металлоемкостные характеристики в режиме свободной конвекции воздуха при различных углах наклона (γ = 0, 15, 30, 45, 60 и 90°) к горизонтальной плоскости. Исследуемые трубы имели следующие характеристики: материал несущей трубы – углеродистая сталь (наружный диаметр d_н = 25 мм, толщина стенки δ = 2 мм), материал накатной ребристой оболочки – алюминиевый сплав АД1М. Геометрические параметры ребер: d×d₀×h×s×Δ×φ×l = 56,0×26,8×14,6×2,5×0,5×19,3×300 мм (I тип). Исследования проводились методом полного теплового моделирования на специально разработанном экспериментальном стенде. Затем ребра стачивались путем шлифования с образованием новых типов труб (II−VI), которые компоновались в однорядный пучок с постоянным относительным поперечным шагом σ₁ = S₁ / d = 1,14 = const. В статье получены критериальные зависимости по теплоотдаче оребренного однорядного пучка из труб с различной высотой оребрения при разных углах наклона к горизонтальной плоскости, а также графическая зависимость поправочного коэффициента на угол наклона пучка (γ = 0–90°). Установлено, что увеличение угла наклона и высоты оребрения труб однорядного пучка в целом сопровождается снижением теплоотдачи. По габаритным и металлоемкостным характеристикам наиболее эффективным является однорядный пучок при различных углах наклона к горизонтальной плоскости с высотой оребрения трубы 2,0 мм.

биметаллическая оребренная труба, однорядный трубчатый теплообменник, число Релея, число Нуссельта, критериальное уравнение теплоотдачи, углы наклона к горизонту, высота оребрения, габаритные и металлоемкостные характеристики, свободная конвекция

1. Короленко Ю. А. Теплопередача горизонтального пучка труб к воздуху в условиях свободной конвекции // Известия Томского политехнического института. 1962. Т. 110. С. 26-33.

2. Гусев С. Е. Теплообмен и гидродинамика при свободно-конвективном обтекании горизонтальных цилиндрических тел теплоносителем с переменными физическими свойствами: дис. …докт. техн. наук: 01.04.14. Москва, 2000. 426 с.

3. Кунтын В. Б., Топоркова М. А. Метод расчета подогрева сушильного воздуха при свободной конвекции воздуха в калориферах из труб с накатными ребрами // Актуальные направления развития сушки древесины: тез. докл. к Всесоюз. конф. 8−12 сент. 1980 г. Архангельск, 1980. С. 203-207.

4. Самородов А.В. Совершенствование методики теплового расчета и проектирования аппаратов воздушного охлаждения с шахматными оребренными пучками: дис. …канд. техн. наук: 05.14.14. Архангельск, 1999. 176 с.

5. Волков А.В. Повышение эффективности сушки длительносохнущих пиломатериалов в камерах периодического действия: дис. …канд. техн. наук: 05.21.05 / А. В. Волков. – Архангельск, 2003.154 с.

6. Сухоцкий А.Б. Исследование смешанноконвективной теплоотдачи однорядных воздухоохлаждаемых теплообменников при различных поперечных шагах установки труб / Сухоцкий А.Б., Сидорик Г.С. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. №19. С. 3-11.

7. Yildiz, Ş. An experimental investigation on performance of annular fins on a horizontal cylinder in free convection heat transfer / Ş. Yildiz, H. Yüncü // Heat and Mass Transfer. 2004. V. 40. P. 239-251.

8. Hahne, E. Natural convection heat transfer on finned tubes in air / E. Hahne, D. Zhu // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1994. Vol. 37. P. 59-63.

9. Kayansayan, N. Natural convection heat transfer coefficient for a horizontal cylinder with vertically attached circular fins / N. Kayansayan, R. Karabacak // Heat Recovery Systems & CHP. 1992. – V. 12. N. 6. pp. 457-468.

10. Senapati, J.R., Dash K., Roy S. Numerical investigation of natural convection heat transfer over annular finned horizontal cylinder. Int. J. of Heat and Mass Transfer. 2016. Vol. 96. – pp. 330-345.

11. Senapati, J.R., Dash K., Roy S. Numerical investigation of natural convection heat transfer from vertical cylinder with annular fins // Int. J. of Thermal Sciences. 2017. V. 111. pp. 146-159.

12. Chen H.-T., Chou H.-Y., H.-Ch., et. Al. Numerical study on natural convection heat transfer over annular finned tube heat exchanger in chimney with experimental data // Int. J. of Heat and Mass Transfer. 2018. V. 127. pp. 483-496.

13. Данильчик Е. С., Сухоцкий А.Б. Экспериментальные исследования влияния угла наклона оребренной трубы на свободно-конвективную теплоотдачу теплообменников воздушного охлаждения // Энергоэффективность. 2020. № 7. С. 16-20.

14. Данильчик Е. С. Экспериментальные исследования теплоотдачи одиночной биметаллической ребристой трубы с различной высотой оребрения к воздуху в режиме свободной конвекции // Тепло- и массоперенос – 2019. Минск: Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси. 2020. С. 42-52.

15. Сидорик Г. С. Экспериментальный стенд для исследования тепловых и аэродинамических процессов смешанно-конвективного теплообмена круглоребристых труб и пучков // Труды БГТУ. Серия 1. Лесн. хоз-во, природопольз. и перераб. возоб. рес. 2018. № 1. С. 85-93.

16. Сухоцкий А.Б., Данильчик Е.С. Исследование свободно-конвективного теплообмена оребренной трубы и однородного пучка при различных углах наклона труб к горизонтальной плоскости // Тр. БГТУ. Сер. 1. Лесное хозяйство, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов. 2019. № 2. С. 272–279.

17. Unger S., Krepper E., Hampel U. Numerical analysis of heat exchanger designs for passive spent fuel pool cooling to ambient air // Nuclear Engineering and Design. 2018. V. 333. pp. 224-234.

18. Experimental study of the natural convection heat transfer performance for finned oval tubes at different tube tilt angels / S. Unger. M. Beyer, J. Thiele [et. al.] // Experimental Thermal and Fluid Science. 2019. V. 105. pp. 100-108.

19. Данильчик, Е. С. Интенсификация свободно-конвективной теплоотдачи круглоребристой трубы и однорядного пучка из этих труб с различной высотой оребрения / Е. С. Данильчик // Международная молодежная научная конференция «XXIV Туполевские чтения (школа молодых ученых)» : материалы конференции. Сборник докладов, Казань, 7–8 ноября 2019 г.: в 6 т. / КНИТУКАИ. Казань: изд-во ИП Сагиева А. Р., 2019. Т. 2. С. 205-211.