Wpływ kąta skręcenia żeber wewnętrznych na proces wymiany ciepła w rurach obustronnie żebrowanych

Transkrypt

1 Wpływ kąta skręcenia żeber wewnętrznych na proces wymiany ciepła w rurach obustronnie żebrowanych dr inż. Artur Szajding dr hab. inż. Tadeusz Telejko, prof. AGH dr inż. Marcin Rywotycki dr inż. Monika Kuźnia Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Katedra Techniki Cieplnej i Ochrony Środowiska

2 Rury obustronnie żebrowane z wirowym przepływem medium Rura obustronnie żebrowana Przekrój rury obustronnie żebrowanej

3 Obliczenia współczynnika wnikania ciepła po stronie wewnętrznej rury w oparciu o zależności kryterialne Nu 0,023Re 0,8 Pr 0,4 xs / core 0,1 w / w0 0,5 sec 3 Nu Nu st l d c w 1/ 2 n xs 0,8 w / w0 0,29 1 1,792 SW 0,64 H 2,76 Re 0,27 Nu Nu st l d c w 1/ 2 n xs 0,8 w / w0 1,0 1 0,059 SW 0,31 W 0,66

4 Rury przeznaczone do badań Rury wytypowane do badań Lp., /100mm, 1 2, ,27 2 3, ,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 Geometria rur przeznaczonych do badań

5 Stanowisko badawcze Schemat ideowy stanowiska do badań cieplno-przepływowych 1 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

6 Obliczenia współczynnika wnikania ciepła po stronie wewnętrznej rury w oparciu o wyniki eksperymentu Q I ol I pow I ol mc t t olpolol inol _ out I mc t t pow pow ppow _ pow _ out pow _ in Q k z t lmtd

7 Obliczenia współczynnika wnikania ciepła po stronie wewnętrznej rury w oparciu o wyniki eksperymentu Q pow Q prz Q ol w 1 k d p 2 d w lm z w z z 1 z

8 Obliczenia współczynnika wnikania ciepła po stronie zewnętrznej rury w oparciu o zależności kryterialne Nu 0,134 Re 0,681 Pr 1/3 s h 0,2 s g z 0,1134 Nu, Re, Pr - liczby kryterialne Nusselta, Reynoldsa i Prandtla; s h g z - prześwit pomiędzy sąsiednimi żebrami; - wysokość żebra; - średnia grubość żebra

9 Wyniki pomiarów i obliczeń StPr 2/ Bilans cieplny Carnavos Jensen i Vlakancic (wysokie żebra) Jensen i Vlakancic (mikro-żebra) ,27 O Re 4,09 O Wyniki obliczeń StPr 2/3 w funkcji wartości liczby Reynoldsa

10 Wyniki pomiarów i obliczeń 450 V ol = 0,753 m/s 500 V ol = 0,878 m/s w, W/(m 2 K) w, W/(m 2 K) Wpływ kąta pochylenia linii śrubowej żeber wewnętrznych γ na wartość współczynnika wnikania ciepła od oleju do wewnętrznej powierzchni rury dla różnych temperatur oleju przy V ol = 0,753 m/s, O = 80 O C, R 2 = 0,9529 = 75 O C, R 2 = 0,9756 = 70 O C, R 2 = 0,9744 = 65 O C, R 2 = 0,9793 = 60 O C, R 2 = 0, , O = 80 O C = 75 O C = 70 O C = 65 O C = 60 O C Wpływ kąta pochylenia linii śrubowej żeber wewnętrznych γ na wartość współczynnika wnikania ciepła od oleju do wewnętrznej powierzchni rury dla różnych temperatur oleju przy V ol = 0,878 m/s

11 Wyniki pomiarów i obliczeń w, W/(m 2 K) 400 = 14,27 O = 12,12 O 200 = 9,45 O = 4,83 O = 4,09 O 0 = 0,00 O Re ol Zależność współczynnika wnikania ciepła od oleju do wewnętrznej powierzchni rury od parametrów przepływu oleju dla różnych kątów skręcenia żeber wewnętrznych

12 Q, W Q, W Wyniki pomiarów i obliczeń V pow = 7,28 m/s V ol = 0,753 m/s V pow = 7,28 m/s V ol = 0,878 m/s 2400 = 14,27 O 2400 = 14,27 O = 12,12 O = 12,12 O 2000 = 9,45 O = 4,83 O = 4,09 O 2000 = 9,45 O = 4,83 O = 4,09 O 1600 = 0,00 O = 0,00 O Temperatura wpływającego oleju, o C Wpływ temperatury oleju oraz kąta pochylenia linii śrubowej żeber wewnętrznych na wartość strumienia ciepła przekazywanego przez rury przy V pow = 7,28 m/s i V ol = 0,753 m/s Temperatura wpływającego oleju, o C Wpływ temperatury oleju oraz kąta pochylenia linii śrubowej żeber wewnętrznych na wartość strumienia ciepła przekazywanego przez rury przy V pow = 7,28 m/s i V ol = 0,878 m/s

13 Q, W Q, W Wyniki pomiarów i obliczeń V pow = 6,60 m/s V ol = 0,753 m/s V pow = 6,60 m/s V ol = 0,878 m/s = 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, = 14,27 O = 12,12 O = 9,45 O = 4,83 O = 4,09 O = 0,00 O Temperatura wpływającego oleju, o C Wpływ temperatury oleju oraz kąta pochylenia linii śrubowej żeber wewnętrznych na wartość strumienia ciepła przekazywanego przez rury przy V pow = 6,60 m/s i V ol = 0,753 m/s Temperatura wpływającego oleju, o C Wpływ temperatury oleju oraz kąta pochylenia linii śrubowej żeber wewnętrznych na wartość strumienia ciepła przekazywanego przez rury przy V pow = 6,60 m/s i V ol = 0,878 m/s

14 Q, W Wyniki pomiarów i obliczeń 2400 = 14,27 o = 12,12 o 2000 = 9,45 o = 4,83 o = 4,09 o 1600 = 0,00 o Re ol Zależność strumienia ciepła przekazywanego przez rurę obustronnie żebrowaną od parametrów przepływu oleju dla różnych kątów skręcenia żeber wewnętrznych

15 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 %. 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.

16 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.

17 Dziękuję za uwagę