Теплообмін та аеродинаміка плоских поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Теплообмін та аеродинаміка плоских поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням
|
|
| Creator |
Баранюк, Олександр Володимирович
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 – Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. – Національний технічний університет України “КПІ”, Міністерство освіти та науки України, Київ, 2009. Дисертація присвячена розробці та дослідженню нових теплообмінних поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням. За допомогою експериментальних та числових методів досліджувався середньоповерхневий конвективний теплообмін та течія на ребрах дослідних поверхонь нагрівання в умовах вимушеної конвекції при поздовжньому омиванні їх ребер повітряним потоком. Встановлено, що неповна розрізка ребер на „пелюстки”, поворот їх на кути π/6 і π/4 підвищує інтенсивність теплообміну, порівняно з традиційним пластинчасто-ребристим оребренням, на 20...25% при = 0, та на 30...40% і 50...60% при = π/6 і π/4 відповідно. При одночасному зростанні аеродинамічного опору в 1,1...1,4 рази для =0 і в 1,35...2,2, та 1,7...2,7 рази для поверхонь з поворотом „пелюсток” на π/6 і π/4. Отримані узагальнюючі залежності для розрахунку теплообміну та аеродинаміки дослідних поверхонь. На основі аналізу структури потоку в міжреберних каналах дослідних поверхонь показано, що розрізка ребра призводить до виникнення аеродинамічних ефектів різноманітної природи, які сприяють інтенсифікації теплообміну. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 – Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. – Национальный технический университет Украины “КПИ”, Министерство образования и науки Украины, Киев, 2009. Диссертация посвящена разработке и исследованию новых теплообменных поверхностей с пластинчато-разрезным оребрением. По результатам экспериментальных исследований проведен анализ теплоаэродинамических характеристик исследуемых поверхностей теплообмена с разрезными ребрами в условиях вынужденной конвекции. Определены оптимальные значения относительной глубины разрезки (hp/h = 0,6) которая отвечает максимальной эффективности исследованных поверхностей. Исследования теплообмена поверхностей выполнено в аэродинамической трубе открытого типа НТУУ „КПИ” в условиях вынужденной конвекции в диапазонах рассеиваемых тепловых мощностей Q = 45…100 Вт, скоростей набегающего потока wн = 1,5…10 м/с и температур охлаждающего воздуха tв = 20…30 оС при относительной глубине разрезки ребер hP/h = 0,4…0,8 и углах поворота = 0...π/4. Число Рейнольдса Re, определенное по wн и гидравлическому диаметру полуоткрытого канала, образованного ребрами, изменялось в пределах 1000...12000. Оценка интенсификации теплообмена пластинчато-разрезных поверхностей проводилась на основе сравнения с известными данными для широко применяемой пластинчато-ребристой поверхности аналогичной геометрии без разрезки. Разработаны методики теплового и аэродинамических расчетов теплообменных поверхностей с пластинчато-разрезным оребрением, которые учитывают влияние геометрических характеристик поверхностей, относительной глубины разрезки hP/h и угла поворота „лепестков” . По результатам экспериментального и численного исследования структуры потока (распределений осредненных во времени скоростей и их пульсаций) в полуоткрытых плоских каналах с разрезными ребрами и визуализации течения на поверхности разрезных ребер обнаружено существенное влияние относительной глубины разрезки ребра (hp/h) на структуру потока в межреберном канале. Установлена прямая корреляция между уровнем суммарной возмущенности потока и интенсивностью теплообмена, на основе которой обосновано наличие максимума среднего теплообмена при hp/h = 0,6. Возрастание интенсивности теплоотдачи за счет разрезки ребер объясняется тем, что наличие разрезки вызывает деформацию пограничного слоя в месте разрезки с последующим восстановлением процесса его формирования на поверхности ребра за разрезкой. В работе сделан вывод, что, поток „проскакивает” над разрезкой без увеличения толщины пограничного слоя, а затем пограничный слой начинает развиваться на поверхности следующего „лепестка” до места следующей разрезки. Поэтому в целом по длине всего разрезного ребра имеет место утоньшение пограничного слоя по сравнению со случаем течения вдоль ребер без разрезки, что подтверждается на основе экспериментальных измерений осредненных во времени скоростей воздушного потока в межреберном канале, образованном частично разрезанными ребрами. Уменьшение интенсивности теплообмена при hP/h > 0,7 связано с тем, что из-за перестройки течения, вызванной ослаблением вихревых структур вблизи основания канала замедляется процесс переноса количества движения, сопровождаемый ростом интенсивности пульсаций скорости, а также тем, что глубокая разрезка ребра на прямоугольные “лепестки” мешает более свободной „растечке” теплоты по ребру. Применение разрезки ребер, а также поворота „лепестков” на заданный угол является эффективным методом, интенсифицирующим процесс теплообмена. Показано, что по сравнению с традиционным пластинчатым оребрением разрезка и поворот „лепестков” приводят к увеличению интенсивности теплоотдачи в 1,2...1,6 раза, при росте аэродинамического сопротивления в 1,1...2,7 раза, причем при скоростях обдува поверхности более 2 м/с наблюдается устойчивая тенденция опережающего роста теплоотдачи по отношению к росту аэродинамического сопротивления. Эксперименты показали, что для получения наилучшего эффекта по теплосъему, разрезка ребер должна сопровождаться достаточно большим развитием площади теплоотдающей поверхности, осуществляющимся за счет увеличения ее компактности. Thesis for a candidate’s degree of technical science in 05.14.06 specialty– “Engineering Thermal Physics and Industrial Heat Power Engineering”. – National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Ministry of Education & Science of Ukraine, Kyiv, 2009. This thesis is dedicated to research & development of advanced heat transfer surfaces, which are finned by means of slit plates. Average surface heat transfer and heat flow of test heat surfaces were investigated with the help of experimental and numerical methods under the conditions of forced convection while longitudinal air flow streamlining of their fins. There was ascertained that partial cutting of the fins into the “petals” and then their rotation by π/6 and π/4 angles cause heat transfer increase in comparison with traditional slit plate finning, exactly by 20...25% at = 0, 30...40% at = π/6, and 50...60% at = π/4 thereafter. Besides that aerodynamic resistance raise is observed also, namely by 1,1...1,5 at = 0 as well as by 1,35...2,2 and by 1,7...2,7 at π/6 and π/4 thereafter rotated “petal” surfaces. Generalized dependencies have been obtained for computation of thermal aerodynamic characteristics of the investigated surfaces. Due to the analysis of the flow structure at the interfinnal channels of the test surfaces it is declared that cutting of the fin results in appearance of various kinds of aerodynamic effects, which conduce to heat transfer intensification |
|
| Publisher |
НТУУ "КПІ"
|
|
| Date |
2010-11-18T10:55:25Z
2010-11-18T10:55:25Z 2009 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://library.kpi.ua:8080/handle/123456789/620
|
|
| Language |
uk
|
|