ДОСЛІДЖЕННЯ ІНТЕНСИВНОСТІ ТЕПЛООБМІНУ ТА АЕРОДИНАМІЧНОГО ОПОРУ ВСЕРЕДИНІ ПЛОСКОЇ ТРУБИ

Владислав Кулинич; Валерій Рогачов; Олександр Терех; Олександр Терех

doi:10.20535/1813-5420.2.2023.279675

Автор(и)

Владислав Кулинич Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-5934-6423
Валерій Рогачов Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-5489-874X
Олександр Терех Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-1320-8594
Олександр Терех Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-1320-8594

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.2.2023.279675

Ключові слова:

плоска труба, інтенсивність теплообміну, аеродинамічний опір, інтенсифікатор.

Анотація

Відомо, що теплообмінна труба плоскоовального профілю має відмінні теплоаеродинамічні характеристики на відміну від круглої труби. Так, при однакових площинах, плоска труба має суттєвий приріст теплоаеродинамічної ефективності у порівнянні з широко застосовуваною у промисловості круглою. Однак, на теперішній час існує обмежена кількість публікацій з дослідження теплообміну і аеродинаміки всередині плоскої труби.

У даній статті наведені методика і результати досліджень теплообміну і аеродинамічного опору в трубі, і представлений опис експериментального стенду для проведення таких досліджень.

Експерименти виконані в проточній аеродинамічній трубі внутрішнім діаметром 36 мм, що працює за відкритою розімкненою схемою. В якості робочого середовища використовується повітря, що всмоктується з лабораторного приміщення. Дослідним зразком виступала сталева труба плоскоовального профілю довжиною 320 мм, поперечним перерізом 30х15 мм, товщиною стінки 2 мм.

Створений експериментальний стенд дозволяє досліджувати теплообмін і аеродинамічний опір плоскої труби при граничній умові q=const. Ця умова забезпечувалась електронагрівником, який являє собою намотаний на всю довжину труби ніхромовий дріт діаметром 0,6 мм і теплоізольований від зовнішнього середовища.

Досліди проводилися в діапазоні чисел Рейнольдса (10,5 – 55,0) 10³ і розсіюваних потужностей (50 – 150) Вт, середня температура повітря в трубі встановлювалася в діапазоні (20 – 55) ⁰С, а середня температура стінки труби - в інтервалі (24 – 140) ⁰С у відповідності до електропотужності, що подавалася на нагрівач.

Запропоновані емпіричні кореляції для визначення інтенсивності теплообміну та аеродинамічного опору всередині плоскої труби. Виконано зіставлення даних з круглою трубою. Проведений аналіз результатів, вперше показано, що інтенсивність теплообміну і аеродинамічного опору в плоскоовальній трубі вище, відповідно, у 1,1 – 1,2 рази і у 1,4 -1,7 рази.

Посилання

S.A. Burtsev, V.K. Vasil'ev, S.A. Burtsev, V.K. Vasil'ev, Yu.A. Vinogradov, N.A. Kiselev and A.A. Titov, “Experimental study of parameters of surfaces coated with regular relief,” Sciene and educacion. Scientific periodical of the Bauman MSTU, no.1, pp. 1-23, Jan. 2013.

S. Eiamsa-ard, P. Somkleang, C. Nuntadusit and C. Thianpongm, “Heat transfer enhancement in tube by inserting uniform/non-uniform twisted-tapes with alternate axes: Effect of rotated-axis length,” Applied Thermal Engineering, vol. 54, iss. 1, pp. 289–309, May 2013.

S.W. Chang, T.L. Yang and J.S. Liou, "Heat transfer and pressure drop in tube with broken twisted tape insert," Experimental Thermal and Fluide Science, vol. 32, iss. 2, pp. 489–501, Nov. 2017.

S. Eiamsa-ard and P. Promvonge, “Enhancement of heat transfer in a tube with regularly-spaced helical tape swirl generators,” Solar Energy, vol. 78, iss .4, pp. 483–494, Apr. 2005.

O. Keklikcioglu and V. Ozceyhan, “Experimental investigation on heat transfer enhancement in a circular tube with equilateral triangle cross sectioned coiled-wire inserts,” Applied Thermal Engineering, vol. 131, pp. 686–695, Fed. 2018.

S.W. Chang, J.Y. Gao and H.L. Shih, “Thermal performances of turbulent tubular flows enhanced by ribbed and grooved wire coils,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 90, pp. 1109–1124, Nov., 2015.

P. Promvonge, “Thermal performance in circular tube fitted with coiled square wires,” Energy Conversion Management, vol. 49, iss. 5, pp. 980–987, May 2008.

P. Promvonge, N. Koolnapadol, M. Pimsar and C. Thianpong, “Thermal performance enhancement in a heat exchanger tube fitted with inclined vortex rings,” Applied Thermal Engineering, vol. 62, iss. 1, pp. 285–292, Jan. 2014.

A. Acir, I. Ata and M.E. Canli, “Investigation of effect of the circular ring turbulators on heat transfer augmentation and fluid flow characteristic of solar air heater,” Experimental Thermal and Fluide Science, vol. 77, pp. 45–54, Oct. 2016.

W. Chingtuaythong and S. Chokphoemphun, “Thermal performance augmentation in heat exchanger tube with oval-pentagon rings,” Transactions of the TSME. Journal of Research and Applications in Mechanical Engineering, vol. 6, no. 1, pp. 50–62, Jul. 2018.

V. A. Rogachev, A. M. Terekh, V. D. Burley and A. V Semenyako, “Intensification of heat exchange in a round tube,” Energy: economy, technology, ecology, no. 1(22), pp. 36-42, 2008.

V. Demchuk, V.A. Rogachev, O.M. Terekh and O.I. Rudenko, “Thermal and aerodynamic efficiency of helical tubes with equidistant surface,” East European Journal of Advanced Technologies, vol. 53, no. 5/8, pp. 26-30, 2007.

S.A. Reva, “CFD modeling of flow inside helical pipes,” Energy: economy, technology, ecology, no. 4(50), pp. 119-125, 2017.

M. Kh. Abdolbaqi, W. H. Azmi, Mamat Rizalman, N. M. Z. N. Mohamed, G. Najafi, “Experimental investigation of turbulent heat transfer by counter and coswirling flow in a flat tube fitted with twin twisted tapes,” International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 75. pp. 295–302, Jul. 2016.

H. Pourdel, H. H. Afrouzi, O. A. Akbari, M. Miansari, D. Toghraie, A. Marzban and A. Koveiti, “Numerical investigation of turbulent flow and heat transfer in flat tube. Effect of dimples with operational goals,” Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, pp. 3471 – 83, Jul. 2018.

E. N. Pis’mennyi, “Ways for improving the tubular heaters used in gas turbine units,” Thermal Engineering, vol. 59, no. 6, pp. 485–490, 2012.

V.S. Kulynych, V.A. Rogachev and O.M. Terekh, “Methods of experimental study of heat transfer and aerodynamic drag in a flat-oval channel with intensifiers,” In Thermal power engineering: ways of renovation and development: collection of scientific works of the XVIII international scientific and practical conference. Kyiv, 2022, pp. 239 – 243.

V.P. Isachenko, Ed., Heat transfer: textbook for universities. M: Energoizdat, 1981.