wpływ kąta skręcenia żeber wewnętrznych na proces wymiany ciepła w rurach obustronnie...

Wpływ kąta skręcenia żeber wewnętrznych

na proces wymiany ciepła

w rurach obustronnie żebrowanych

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki PrzemysłowejKatedra Techniki Cieplnej i Ochrony Środowiska

dr inż. Artur Szajding

dr hab. inż. Tadeusz Telejko, prof. AGH

dr inż. Marcin Rywotycki

dr inż. Monika Kuźnia

XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów

Rury obustronnie żebrowane z wirowym przepływem medium

Rura obustronnie żebrowana Przekrój rury obustronnie żebrowanej


Obliczenia współczynnika wnikania ciepła po stronie wewnętrznej ruryw oparciu o zależności kryterialne

35,00

1,04,08,0 sec//PrRe023,0Nu wwcorexs FFFF

27,076,264,029,00

8,02/1

st

Re792,11/Nu

Nu

HSWFFF

F

d

lww

xs

n

w

c

66,031,00,10

8,02/1

st

059,01/Nu

Nu

WSWFF

F

F

d

lww

xs

n

w

c


Rury przeznaczone do badań

Lp. , /100mm

,

1 2,0 139 14,27 2 3,0 117 12,12 3 3,5 91 9,45 4 4,5 46 4,83 5 5,0 39 4,09 6 6,0 0 0,00

Rury wytypowane do badań

Geometria rur przeznaczonych do badań


Stanowisko badawcze

Schemat ideowy stanowiska do badań cieplno-przepływowych1 – komputer rejestrujący pomiar temperatury; 2 – termometr cyfrowy;

3, 8 – miernik różnicy ciśnień; 4, 9 – przetwornik różnicy ciśnień; 5 – termoanemometr;6 – przetwornik AC/DC; 7 – komputer rejestrujący prędkość powietrza; 10 – rotametr; 11

– zbiornik oleju z zamontowaną grzałką elektryczną; 12 – autotransformator;T1, T2 – punkt pomiaru temperatury oleju; T3, T4 – punkt pomiaru temperatury

powietrza; Vpow – punkt pomiaru prędkości powietrza


Obliczenia współczynnika wnikania ciepła po stronie wewnętrznej ruryw oparciu o wyniki eksperymentu


powol IIQ

outolinololpolol ttcmI ___

inpowoutpowpowppowpow ttcmI ___

lmtdz tkFQ

Obliczenia współczynnika wnikania ciepła po stronie wewnętrznej ruryw oparciu o wyniki eksperymentu


olprzpow QQQ

zzlm

zwp

w

z

w

F

Fdd

k

FF

121

Obliczenia współczynnika wnikania ciepła po stronie zewnętrznej ruryw oparciu o zależności kryterialne

Nu, Re, Pr- liczby kryterialne Nusselta, Reynoldsa i Prandtla;

s - prześwit pomiędzy sąsiednimi żebrami;

h - wysokość żebra;

gz - średnia grubość żebra

1134,02,03/1681,0 PrRe134,0Nu

zg

s

h

s


Wyniki pomiarów i obliczeń

Wyniki obliczeń StPr2/3 w funkcji wartości liczby Reynoldsa

1000 2000 3000 4000 5000Re

0.002

0.004

0.006

0.008

StP

r2/3

Bilans ciep lny

Carnavos

Jensen i V lakancic (w ysokie żebra)

Jensen i V lakancic (m ikro-żebra)

14,27 O

4,09 O



Wpływ kąta pochylenia linii śrubowej żeber wewnętrznych γ na wartość

współczynnika wnikania ciepła od oleju do wewnętrznej powierzchni rury dla różnych

temperatur oleju przy Vol = 0,753 m/s

0 4 8 12 16, O

200

250

300

350

400

450

w, W

/(m

2K

)

to l = 80 OC , R 2 = 0 ,9529

to l = 75 OC , R 2 = 0 ,9756

to l = 70 OC , R 2 = 0 ,9744

to l = 65 OC , R 2 = 0 ,9793

to l = 60 OC , R 2 = 0 ,9637

Vol = 0,753 m/s

0 4 8 12 16, O

250

300

350

400

450

500

w, W

/(m

2K

)

tol = 80 OC

tol = 75 OC

tol = 70 OC

tol = 65 OC

tol = 60 OC

Vol = 0,878 m/s

Wpływ kąta pochylenia linii śrubowej żeber wewnętrznych γ na wartość

współczynnika wnikania ciepła od oleju do wewnętrznej powierzchni rury dla różnych

temperatur oleju przy Vol = 0,878 m/s



Zależność współczynnika wnikania ciepła od oleju do wewnętrznej powierzchni rury od parametrów przepływu oleju dla różnych kątów skręcenia żeber wewnętrznych

1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600Reol

0

200

400

600

800

w,

W/(

m2 K

)

= 14,27 O

= 12,12 O

= 9 ,45 O

= 4 ,83 O

= 4 ,09 O

= 0 ,00 O



Wpływ temperatury oleju oraz kąta pochylenia linii śrubowej żeber

wewnętrznych na wartość strumienia ciepła przekazywanego przez rury przy

Vpow = 7,28 m/s i Vol = 0,753 m/s



Vpow = 7,28 m/s i Vol = 0,878 m/s

55 60 65 70 75 80 85Tem peratura wpływającego oleju , oC

400

800

1200

1600

2000

2400

Q,

W

= 14,27 O

= 12,12 O

= 9 ,45 O

= 4 ,83 O

= 4 ,09 O

= 0 ,00 O

Vpow = 7,28 m/sVol = 0,753 m/s


800

1200

1600

2000

2400

Q,

W

= 14,27 O

= 12,12 O

= 9 ,45 O

= 4 ,83 O

= 4 ,09 O

= 0 ,00 O

Vpow = 7,28 m/s

Vol = 0,878 m/s




400

800

1200

1600

2000

2400

Q,

W

= 14,27 O , R 2 = 0 ,9953

= 12,12 O , R 2 = 0 ,9914

= 9 ,45 O , R 2 = 0 ,9952

= 4 ,83 O , R 2 = 0 ,9772

= 4 ,09 O , R 2 = 0 ,9869

= 0 ,00 O , R 2 = 0 ,9807

Vpow = 6,60 m/sVol = 0,753 m/s


800

1200

1600

2000

2400

Q,

W

= 14,27 O

= 12,12 O

= 9 ,45 O

= 4 ,83 O

= 4 ,09 O

= 0 ,00 O

Vpow = 6,60 m/sVol = 0,878 m/s



Vpow = 6,60 m/s i Vol = 0,753 m/s



Vpow = 6,60 m/s i Vol = 0,878 m/s



Zależność strumienia ciepła przekazywanego przez rurę obustronnie żebrowaną od parametrów przepływu oleju dla różnych kątów skręcenia żeber wewnętrznych

1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600Reol

400

800

1200

1600

2000

2400

Q,

W

= 14,27 o

= 12,12 o

= 9,45 o

= 4,83 o

= 4,09 o

= 0,00 o


Wnioski

• Kąt skręcenia żeber wewnętrznych ma wpływ na intensyfikację wymiany ciepła w rurach obustronnie żebrowanych.

• Zwiększenie kąta skręcenia żeber wewnętrznych powoduje wzrost przekazywanego strumienia ciepła. Zwiększenie tego kąta od 0˚/10cm do 139˚/10cm przy zachowaniu pozostałych parametrów przepływu na niezmienionym poziomie powodował wzrost ilości wymienianego ciepła o ok. 50 – 100%.

• Wyniki empiryczne wskazują, że optymalizacja ożebrowania wewnętrznego rur pozwala na zwiększenie mocy wymiennika lub przy zachowaniu jego dotychczasowej mocy, na zmniejszenie ilości rur w wymienniku. Pozwala to na obniżenie zarówno wagi jak i kosztów materiałowych wymiennika.


Wnioski

• Zmiana parametrów przepływu cieczy wewnątrz rury w kierunku rosnących wartości powoduje zwiększenie strumienia ciepła przekazywanego przez rurę obustronnie żebrowaną.

• Otrzymane wyniki obliczeń wykonane za pomocą zależności kryterialnych służących wyznaczeniu współczynnika wnikania ciepła po wewnętrznej stronie rury z wewnętrznym spiralnym ożebrowaniem, wykazują znaczące różnice pomiędzy sobą, a rozbieżność wyników obliczeń uniemożliwia wybranie jednej najlepszej zależności służącej do obliczania wymiany ciepła w rurach obustronnie żebrowanych. Stanowi to duży problem w wykorzystaniu tego typu rur w zastosowaniach praktycznych.


Dziękuję za uwagę


wpływ kąta skręcenia żeber wewnętrznych na proces wymiany ciepła w rurach obustronnie...

Documents