Instytut Technk Ceplnej Poltechnk Śląskej Analza temodynamczna ożebowanego wymennka cepła z neównomenym dopływem czynnków mg nż. Robet Pątek pomoto: pof. Jan Składzeń
Plan pezentacj Wstęp Cel, teza zakes pacy Analza numeyczna pocesów wymany cepła w powtazalnym fagmence ożebowanego wymennka cecz-powetze Analza empyczna ozkładu pędkośc stumena powetza dopływającego do chłodncy Model matematyczny pocesu wymany cepła w kzyżowopądowym ożebowanym wymennku cepła Pzykładowe wynk oblczeń Wnosk uwag końcowe
Wstęp Modelowane wymennków cepła ma w ośodku glwckm bogatą tadycję sęgającą lat 5-tych XX weku: W. Około-ułak (teoa tójczynnkowych ekupeatoów konwekcyjnych), J. Szagut, E. ostowsk, J. ozoł, J. Składzeń, M. Hanuszkewcz-Dapała Stan wedzy o badana dotyczące wymennków z ozwnętą powezchną powadzl m.n. W.M. ays, A.L. London, R.. Shah, F.E.M. Saboya, E.M. Spaow, T. Schmdt, A.E. Begles, F.C. McQuston, R.M. Manglk, C.C. Wang, C.T. Chang. o aktualne na śwece powadzone są badana ekspeymentalnonumeyczne dotyczące pzede wszystkm czynnków chłodnczych (pocesy ze zmaną fazy) oaz złożonych konstukcj o aktualne w kaju modelowanem ożebowanych (lamelowych) wymennków cepła zajmował sę w swojej pacy doktoskej D. Tale
Ożebowane wymennk cepła o są powszechne stosowane w takch banżach jak motoyzacja, chłodnctwo, klmatyzacja w celu popawy waunków wymany cepła po stone gazu o są zalczane do klasy wymennków o zwatej konstukcj (compact heat exchanges)
Cel teza pacy Celem pacy jest analza ceplna okeślonej klasy złożonych wymennków cepła, ze szczególnym uwzględnenem neównomenośc dopływu stumena powetza, oaz pzepowadzene badań ekspeymentalnych numeyczno-oblczenowych dla pzykładowego, typowego wymennka. Celem cząstkowym pacy było m.n. wykonane pomaów typowych ozkładów pędkośc powetza w pzekoju dolotowym wymennka na specjalne zapojektowanym zbudowanym stanowsku badawczym. Teza pacy W pzypadku chłodncy powetznej z wentylatoowym nadmuchem powetza dopływ powetza do wymennka może być badzo neównomeny co powoduje, że w nektóych pzekojach wymennka paktyczne ne występuje pzepływ cepła. Istnene neównomenego dopływu powetza jednak w newelkm stopnu wpływa na całkowty stumeń pzekazywanego cepła pzy zadanych, okeślonych watoścach stumen substancjalnych czynnków.
Zakes pacy dentyfkacja numeyczna konwekcyjnego współczynnka pzejmowana cepła po stone powetza dla powtazalnego fagmentu ożebowanego wymennka cepła zapojektowane zbudowane stanowska badawczego do pomaów ozkładów stumena dopływającego powetza oaz pzepowadzene pomaów na tymże stanowsku opacowane modelu matematycznego pocesów wymany cepła w ozważanej klase wymennków z uwzględnenem neównomenośc dopływu czynnków wykonane welowaantowych oblczeń dla konketnego, pzykładowego, epezentatywnego wymennka cepła
Analza numeyczna pocesów wymany cepła w powtazalnym fagmence wymennka cecz-powetze Celem analzy jest dentyfkacja konwekcyjnego współczynnka pzejmowana cepła po stone powetza Metoda o wykozystane najczęścej cytowanych ównań kytealnych dotyczących powezchn ożebowanych do wyznaczena współczynnka pzejmowana cepła a dla pzykładowego wymennka o sfomułowane modelu numeycznego powtazalnego fagmentu ozważanego wymennka pzepowadzene oblczeń z wykozystanem kodu FLUENT w celu weyfkacj wynków wcześnejszych oblczeń
Rozpatywana geometa
7, 5 mm 9 mm 8, 5 mm 4 mm, 3 mm, mm
Oblczena współczynnka α dla chłodncy ożebowanej w opacu o zależnośc empyczne o Nosa Spoffoda Nu, Re o Schmdta Nu,3 Re o Bemana o Bgsa Younga o Paketa P,65 Nu,5 Re Nu,34 Re Nu,6 Re 3 P,633,68,6 P,333 P,333 S S,333 z s l A A e,375,,6 s g z A A G,3,5 z p S z wyma lnowy: zewnętzna śednca uk s - odstęp mędzy żebam l - wysokość żeba g z - gubość żeba A A e A A G a h a d s a d lg z ll d g d h z
o badana aysa Londona - wynk podano w postac gafcznej dla óżnych geomet dzena wymennka np. Lczba Stantona Chaakteystyczny wyma lnowy St c a w Nu Re P Nu Pe D e F 4 L S s z
wlot powetza t a = C, w a = m/s wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk wypływ powetza Wyznaczane współczynnka α popzez numeyczne ozwązane ównań pzepływu satka oblczenowa o tójwymaowa satka złożona z komóek sześcoścennych o tzy waanty gęstośc dysketyzacj t m =9 C α m =5 W/m podstawowe ównana o blans substancj o blans pędu (ównane Navea-Stokes a) o blans eneg o model tubulencj
wybó opsu tubulencj o pzepowadzono oblczena poównawcze dla jednego waantu satk oblczenowej (58tys. komóek) jednego zestawu waunków bzegowych (w a =m/s, t a = C) z wykozystanem óżnych, zamplementowanych w kodze FLUENT, lepkoścowych model tubulencj: standadowego modelu k-ε oaz jego zmodyfkowanych waantów RNG k-ε ealzable k-ε, jak ówneż jednego z najbadzej zaawansowanych - sedmoównanowego modelu tanspotu napężeń Reynoldsa. o do właścwych oblczeń zdecydowano wykozystać tzw. wykonywalny (ealzable) model k-ε. Główne jego zalety zauważone podczas wstępnych oblczeń to szybsza zbeżność wększa stablność ozwązana. Wynk były w tym pzypadku także badzej zblżone do ezultatów uzyskanych z modelu tanspotu napężeń Reynoldsa nż w pzypadku standadowego modelu k-ε. o óżnce w stosunku do standadowego modelu k-ε to: nowe sfomułowane ównana na pędkość dyssypacj ε naczej zdefnowana lepkość tubulentna
Pzykładowe wynk symulacj numeycznych satka 58 tys. komóek 93,5 tys. komóek model tubulencj k-ε wykonywalny model k-ε model tanspotu napężeń wykonywalny model k-ε model tanspotu napężeń T a, 39, 39,8 39,5 3,6 3,6 T z, 33,9 34, 36,5 37,9 39,3 T z+, 34,5 34,7 37, 38,4 39,8 α a, W/(m ) 37, 374,3 99,7 3, 83,, W/m 5678, 5577,6 574,5 566,6 4863, qz zwększene lczby komóek satk o ok. 6% powadz do otzymana mnejszych śednch watośc gęstośc stumen cepła o ok. 8%. ozbeżność wynków gęstośc stumena cepła dla ozpatywanych model tubulencj była na pozome %. yteum weyfkacj zbeżnośc ozwązana była zbeżność esduów (blans eneg: ząd 9, blans substancj: ząd 8) oaz zbeżność globalnego blansu eneg (nezgodność tego blansu dla każdego z waantów po wykonanu 45 teacj ne pzekaczała,5%).
o pzykładowy ozkład pędkośc powetza (w a = m/s, t a = C)
o pzykładowe pole tempeatuy powezchn zewnętznej żeba uk ( w a = m/s, t a = C )
współczynnk pzejmowana cepła a W/(m ) o konwekcyjny współczynnk pzejmowana cepła na podstawe wyznaczonych pola tempeatuy powetza nad żebem pola tempeatuy powezchn żeba uk ozkładu stumen cepła na powezchn żeba uk oblcza sę a a wg zależnośc: 35 35 3 75 5 Wykes wspólczynnka pzejmowana cepła w funkcj pędkośc dolotowej powetza a a n A n q A n m T A Ta jv j j n m A V j j 5 75 5. 4. 6. 8... 4. 6. 8.. pędkość powetza w, m/s
współczynnk pzejmowana cepła a W/(m ) wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk Poównane watośc a otzymanych z modelu numeycznego oaz z zależnośc kytealnych 7 koelacja Bemana dla ogzewana powetza 65 koelacja Bemana dla chłodzena powetza model numeyczny 6 wynk badań aysa Londona koelacja Bgsa Younga 55 koelacja Nosa Spofoda koelacja Paketa 5 koelacja Schmdta 45 Wajand J., Tłokowe slnk spalnowe... 4 35 3 5 5 5. 4. 6. 8... 4. 6. 8.. pędkość powetza w, m/s
..75 względne ozbeżnośc watośc a.5.5..75.5.5.. 4. 6. 8... 4. 6. 8.. pędkość powetza w, m/s
o o o o o Zastosowane óżnych koelacj empycznych ne powadz do uzyskana jednoznacznych watośc konwekcyjnego współczynnka pzejmowana cepła. Rozbeżnośc są zbyt duże by wynk wykozystywać w oblczenach nżyneskch. Istnały newelke óżnce w geomet ozpatywanego wymennka oaz wymennków będących pzedmotem badań ekspeymentalnych. Zewnętzna śednca uy ne wydaje sę być wymaem w głównej meze wpływającym na pzepływ dla wymennków gęsto ożebowanych. Ekspeyment numeyczny był wykonywany dla konketnej geomet z wykozystanem zmennych w szeokm zakese paametów dopływającego do elementu powetza. Zauważa sę elatywne wększe ozbeżnośc mędzy watoścam a otzymanym z FLUENTa oaz z ównań kytealnych dla małych watośc pędkośc powetza, co jest spowodowane bakem satysfakcjonującego opsu matematycznego pzepływów pzejścowych. o Zdecydowano w dalszej częśc pacy bazować na watoścach a otzymanym z symulacj numeycznych uznając, że CFD jest właścwą altenatywą dla dentyfkacj a (w pzypadku gdy bak jest wynków badań ekspeymentalnych) oaz ewentualnej weyfkacj óżnących sę mędzy sobą wynków ekspeymentu.
Analza empyczna ozkładu pędkośc powetza dopływającego do chłodncy Celem badań jest wyznaczene pzykładowych, typowych ozkładów pędkośc powetza w pzekoju dolotowym ożebowanego wymennka cepła w zadanej konfguacj (wentylatoowy nadmuch, postokątny kanał, dyfuzo). W amach pacy zapojektowano zbudowano stanowsko badawcze do pomaów pędkośc tempeatuy powetza o temoanemomet (czujnk jednowłóknowy z kompensacją tempeatuową), o pełna automatyzacja pomau (układ pozycjonowana sondy, steowane pomaem, ejestacja wynków). Na podstawe wynków badań okeślano neównomeność dopływu powetza do wymennka, któa była następne wykozystywana w symulacjach oblczenowych.
Stanowsko badawcze temoanemomet wentylato chłodnca kompute steujący dyfuzo sekcja fltów
Stanowsko badawcze czujnk pomaowy kompute steujący wyposażony w katę pomaową układ steowana uchem czujnka pomaowego dyfuzo wentylato kanał powetzny chłodnca ożebowana umeszczona w statywe satk wymuszające ozbce stug powetza
Y, mm Y, mm Wynk pomaów wstępnych 5 w, m/s ozkład pędkośc powetza w pzekoju wylotowym kanału (bak wymennka cepła) 5 5 4 8 5 9 6 5 5 5 3 35 4 45 X, mm 3 5 5 5 w/w max.9.8.7.6.5.4.3. 5 5 5 3 35 4 45 X, mm.
Y, mm Y, mm Wynk pomaów wstępnych 5 5 w, m/s..75.5.5. 5.75.5 5 5 5 3 35 4 45 X, mm.5. ozkład pędkośc powetza w pzekoju dolotowym chłodncy, gdy pzepływ powetza jest wymuszany pzez zanstalowany na chłodncy wentylato ssący 5 5 w/w max.9.8.7.6.5.4 5.3. 5 5 5 3 35 4 45. X, mm.
Wynk pomaów Właścwe see pomaowe pzepowadzono z wykozystanem tej samej, neównomenej satk pomaowej złożonej z 583 punktów. W każdym punkce wykonywano poma w czase,3 lub,4 s powtazając go odpowedno 5 lub 4 azy. 4 6 8 4 5 5 5 3 35 4 Wykonano następujące pomay: Satka pomaowa oaz tajektoa uchu czujnka pzed chłodncą dla tzech wydajnośc wentylatoa za chłodncą dla tzech wydajnośc wentylatoa pzed chłodncą dla maksymalnej wydajnośc wentylatoa z wykozystanem óżnych konfguacj satek fltujących
Y, mm Y, mm wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk pzykładowy ozkład pędkośc powetza pzed chłodncą w, m/s 5..5 9. 5 5 5 5 5 3 35 4 45 X, mm 7.5 6. 4.5 3..5. w/w max 5.9.8.7 5 5 5 5 5 3 35 4 45 X, mm.6.5.4.3..
Y, mm Y, mm wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk pzykładowy ozkład pędkośc powetza za chłodncą w, m/s 5.5 9 5 5 5 5 5 3 35 4 45 X, mm 7.5 6 4.5 3.5 w/w max 5.9.8.7 5 5 5 5 5 3 35 4 45 X, mm.6.5.4.3..
Y, mm Y, mm wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk pzykładowy ozkład pędkośc powetza pzed chłodncą uzyskany z wykozystanem satek ozbjających stugę powetza w, m/s 5 8 7 6 5 5 5 5 5 3 35 4 45 X, mm 5 4 3 w/w max 5.9.8.7 5 5 5 5 5 3 35 4 45 X, mm.6.5.4.3..
Uzyskane wynk pomaów w pzekoju dolotowym wymennka cechują sę pewną asymetą (pzesunęcem max watośc pędkośc w keunku początku wymennka). ształt uzyskanego poflu pędkośc wykazuje pewne podobeństwo. Zabuzene pzepływu spowodowane obecnoścą wymennka unemożlwa popawne wykonane pomaów pędkośc za wymennkem pzy użycu pojedynczego czujnka temoanemometycznego, gdyż ne jest spełnony waunek znajomośc keunku zwotu wektoa pędkośc. Zmezone ozkłady pędkośc można jednak uznać za dość ównomene. Z tego powodu do późnejszych oblczeń pzyjmowano następujące hpotezy: o wyównane ozkładu pędkośc następuje tuż za wymennkem, o wyównane ozkładu pędkośc następuje w takce pzepływu powetza pzez wymennk. Na podstawe pzepowadzonych badań tudno okeślć, w jak sposób obecność gęstych satek fltujących wpływa na postać pzepływu. Ze względu jednak na duże opoy pzepływu w samym wymennku stosowane fltów jest necelowe a wynk dodatkowych pomaów zapezentowano tu jedyne w celach poządkowych.
Model matematyczny ożebowanego wymennka cepła Założena upaszczające wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk w wymennku panuje stan ustalony, w wymennku ne występują wewnętzne źódła cepła, ne uwzględna sę stat cepła z wymennka do otoczena, ne uwzględna sę pzepływu cepła na dodze pomenowana, cepło pzekazywane jest w keunku nomalnym do pzegód, powezchnę czołową żeba taktuje sę jako zolowaną ceplne, pzepływ płynów jest jednowymaowy, ne uwzględna sę zman eneg knetycznej potencjalnej czynnków, żebo zeczywste zastępuje sę żebem okągłym lub płasko-owalnym o tej samej powezchn ne występuje opó kontaktowy na powezchn styku żeba uk W modelu założono ponadto: dopływ powetza do wymennka jest neównomeny, ozpływ ceczy na poszczególne uk wymennka może być neównomeny, własnośc fzyczne płynów współczynnk pzejmowana cepła są zależne od tempeatuy, wewnątz uek może występować osad, żebo uka mogą być wykonane z óżnych mateałów.
Wymennk modelowy Z Y dy dg c p T T y dy cecz powetze dg cp T dg c p T T dx x Y powetze cecz dz dx X Z X dg cp T ównana blansu eneg dq T T dg c dx dg cp dy at m T x y p ds
Wyznaczane ozkładu tempeatuy żeba uk w powtazalnym fagmence wymennka = n = c a c c g h g z = a a a Podzał óżncowy elementanego fagmentu wymennka modelowego
Układ ównań blansowych (MBE) W postac ogólnej blans eneg dla dowolnego elementu óżncowego można zapsać: gdze: T a śedna tempeatua powetza omywającego elementany fagment wymennka T c śedna tempeatua ceczy płynącej elementanym fagmentem uk T poszukwana tempeatua -tego elementu óżncowego wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk c,4 a,3,, T U T U U T T U T,4 3...,3 3..., 3..., 3...,4,3,, n a n z n z n c g c g c U a 4,4, 4,4 4 3,3,,,,3, 4 c g g g c g g g c c g g h g c g h c g h c g g h g cg h z z c z z z c z a z n a a a
W postac macezowej otzymuje sę Macez współczynnków układu ównań jest macezą tójpzekątnową, w któej watość elementów na głównej pzekątnej wynos a pozostałe nezeowe elementy są ujemne. Układ ównań ozwązywano metodą elmnacj Gaussa. Po wyznaczenu pola tempeatuy żeba śedną tempeatuę T m oblczano wg wzou: gdze pzez S oznaczono powezchnę zewnętzną -tego elementu óżncowego żeba. c n a n n c a c a c a n T T U T T U T T U T T U T T T T U U U U,4,3 3,4 3,3 3,4,3,4,3 3 3 3,,,,................................. z z m g h c S g h c T S T T wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk
pocedua teacyjna Wyznaczene elementanych stumen cepła oaz zmany tempeatu czynnków wymaga zastosowana poceduy teacyjnej. Jest ona ealzowana w następujący sposób: o dla wstępne założonego pzyostu tempeatuy powetza oblczane są współczynnk pzejmowana cepła dla ceczy powetza o oblczana jest śedna tempeatua powezchn żeba uk T m o wyznaczane są stumene cepła ozpaszanego z zewnętznej powezchn uk żeba oaz pzejmowanego pzez omywające element powetze o jeżel óżnca powyższych stumen cepła jest wększa nż zadana dokładność oblczeń ponowne zakładany jest pzyost tempeatuy powetza w opacu o zależność T a A w Q (Q stumeń cepła oddawany pze cecz, A pole pzekoju wlotowego elementanego fagmentu po stone powetza, w pędkość powetza, ρ gęstość powetza, c p cepło właścwe pzy stałym cśnenu dla powetza) c p Oblczena są wykonywane sekwencyjne, dla każdego elementu wymennka, w kolejnośc odpowadającej pzepływow jednego z czynnków.
Wybane wynk oblczeń Oblczena wydajnośc ceplnej pzykładowej chłodncy samochodowej pzepowadzono dla o o o o o o o o ównomenego dopływu powetza ceczy óżnych ozkładów neównomenośc dopływu powetza óżnych stumen dopływającego powetza óżnych stumen dopływającej ceczy klku założonych ozkładów neównomenośc dopływu ceczy óżnych gubośc żeba óżnych mateałów wykonana wymennka tzech óżnych długośc (powezchn wymany cepła) wymennka
Pzykładowy ożebowany wymennk cepła cecz - powetze Standadowy wymennk o jest wykonany z alumnum o λ = W/(m ), o składa sę z 3 u okągłych o d /d = 7,5/8,5 mm, ozmeszczonych w dwu zędach, jedna za dugą oaz wyposażonych w 38 płaskch płyt o gubośc g z =, mm stanowących żeba, co daje 4 elementanych fagmentów. o stumeń ceczy (wody) założono na pozome,8 kg/s, co odpowada pędkośc dolotowej w d =,6 m/s. Tempeatua dolotowa ceczy wynos t d = 85 C. o zasadncze oblczena pzepowadzano dla dwóch watośc stumena powetza:,7 kg/s oaz,4 kg/s, co odpowada śednm watoścom pędkośc dolotowej na pozome w d = m/s. Tempeatua dolotowa powetza wynosła t d = C.
z, mm wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk z, mm z, mm Oznaczena wybanych ozkładów neównomenośc dopływu powetza ozkład A zmezony w pzekoju dolotowym wymennka ozkład B zmezony w pzekoju wylotowym pustego kanału 5 5 ozkład C zmezony pzy pacującym wentylatoze ssącym 3 4 x, mm 5 5 w w max 5 3 4 x, mm.3.4.5.6.7.8.9. 5 3 4 x, mm
moc ceplna Q, kw wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk Moc ceplna chłodncy pzy ównomenym dopływe powetza dla óżnych watośc jego stumena 5 4 37,4 39, 4,53 3 8,6,85,7,4,55 masowy stumeń powetza G a, kg/ s
moc ceplna Q, kw wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk Moc ceplna chłodncy pzy ównomenym dopływe powetza dla óżnych watośc stumena ceczy 5 4 4,5 4,96 37,87 34,88 3,64,8,,3 masowy stumeń ceczy G c, kg/ s
z, m z, mm wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk z, m Rozkłady stumen cepła dla poszczególnych elementanych fagmentów wymennka a) b).5 5..5 Q W/el. c).5..5..5 5 3 4 x, mm w w max.3.4.5.6.7.8.9...5....3.4 x, m d).5..5..5 5. 4.5 4. 3.5 3..5..5..5....3.4 a) ozkład pędkośc dolotowej x, m powetza....3.4 b) pewszy ząd u c) dug ząd u d) dug ząd u pzy założenu, że nastąpło wyównane poflu pędkośc powetza za I zędem u x, m.
z, m z, mm wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk z, m Rozkłady stumen cepła dla poszczególnych elementanych fagmentów wymennka a) b) 5.5..5 Q W/el. c) w w max.5..5..5 5 3 4 x, mm..3.4.5.6.7.8.9..5....3.4 x, m d).5..5..5 5. 4.5 4. 3.5 3..5..5..5....3.4 x, m....3.4 a) ozkład pędkośc dolotowej powetza b) pewszy ząd u c) dug ząd u d) dug ząd u pzy założenu, że nastąpło wyównane poflu pędkośc powetza za I zędem u x, m.
z, m z, mm wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk z, m Rozkłady stumen cepła dla poszczególnych elementanych fagmentów wymennka a) b).5 5..5 Q W/el. 5. 5. c) w w max.5..5 3 4 x, mm..3.4.5.6.7.8.9.5....3.4 x, m d).5..5 4.5 4. 3.5 3..5..5....5.5.5....3.4 x, m....3.4 a) ozkład pędkośc dolotowej powetza b) pewszy ząd u c) dug ząd u d) dug ząd u pzy założenu, że nastąpło wyównane poflu pędkośc powetza za I zędem u x, m.
moc ceplna Q, kw wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk Wpływ neównomenośc dopływu powetza na wydajność ceplną wymennka 4 39, 37,87 36,7 35,33 3-3,% -6,% -9,7% ównomeny ozkł ad A ozkł ad B ozkł ad C wykesy spoządzono dla G a =,4 kg/s G c =,8 kg/s
ównomeny ozkład A wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk Wynk symulacj dla óżnych gubośc żeba ozkład stumena powetza gubość żeba wydajność ceplna zastępczy współczynnk pzenkana cepła śedna tempeatua zewn. powezchn żeba uk pocentowa zmana wydajnośc g z, mm Q, kw k l, W/(m ) t w, C Q / Q,,6 34,4 45,5 43,3 -,99%, 39, 53,8 46,4,4 4,53 6,4 48,4 8,75%,36 44,9 63,5 49,,74%,48 45, 65,6 49, 5,38%,6 45,96 67,4 49, 7,5%,6 33,4 44,8 44,4 -,79%, 37,87 5,9 47,5,4 4,3 59, 49,4 8,6%,36 4,6 6,3 5,,55%,48 43,6 64,4 5, 5,5%,6 44,4 66, 5, 7,6%
k l, W/(m ) wstęp * dentyfkacja α * badana ekspeymentalne * model matematyczny * wynk oblczeń * wnosk wydajność ceplna Q, kw 68. 64. Oznaczena: k l Q 48. 6. 46. 44. 56. 4. 5. 4. 48. 38. 36. 44....4.36.48.6 gubość żeba, mm 34. Wynk uwdacznają duży wpływ opou pzewodzena cepła pzez żebo w całkowtym opoze ceplnym. Zwększane gubośc żeba pocąga za sobą jednak wzost opoów pzepływu oaz wzost masy wymennka.
Uwag końcowe wnosk W pacy sfomułowano model óżncowy ożebowanego wymennka cepła wykozystując ekspeyment numeyczny do dentyfkacj konwekcyjnego współczynnka pzejmowana cepła po stone powetza oaz ezultaty badań ekspeymentalnych do okeślena neównomenośc dopływu powetza do poszczególnych elementów wymennka. W wynku pzepowadzena welowaantowych oblczeń pzykładowego wymennka stwedzono m.n. że: w wększośc pzypadków typowy neównomeny ozkład pędkośc dopływającego powetza powoduje jedyne neznaczne obnżene całkowtego stumena cepła pzekazywanego w wymennku. Dla analzowanego w pacy wymennka, pzy okeślonych stumenach substancjalnych czynnków, spadek mocy ceplnej był na pozome 3%,
badzej nekozystna, także ze względów pzepływowych, jest sytuacja wększej neównomenośc napływu powetza, gdy pzepływ koncentuje sę jedyne w częśc obszau oboczego wymennka. Wynk pzykładowych oblczeń wykazały spadek mocy ceplnej na pozome % w stosunku do pzypadku z ównomenym dopływem powetza, oblczena konwekcyjnego współczynnka pzejmowana cepła dla złożonych geomet spawają duże poblemy. Tudność spawa odnalezene zależnośc empycznej odpowadającej dokładne paametom ozważanej geomet. Stosowane óżnych, powszechne cytowanych, ównań kytealnych powadz często do otzymana badzo ozbeżnych watośc konwekcyjnego współczynnka pzejmowana cepła,
wykozystane numeycznej mechank płynów pozwala uzyskać pełne nfomacje o polu pędkośc, cśneń tempeatu dla ozważanego obektu. Może to posłużyć do weyfkacj wybou właścwej zależnośc empycznej bądź też, w pzypadku dużych nezgodnośc otzymanych wynków, do dentyfkacj współczynnka pzejmowana cepła dla specyfcznej geomet w opacu o wynk zaplanowanej symulacj numeycznej, co zostało ówneż wykozystane w nnejszej pacy, watośc współczynnka pzejmowana cepła po stone powetza otzymane z symulacj numeycznych są wyższe nż otzymane z wększośc ównań kytealnych, co może wynkać z faktu założena doskonałego kontaktu mędzy żebem a uka oaz z neuwzględnana dodatkowych opoów ceplnych wynkających np. z zaneczyszczena powezchn żeba. Zauważono także tendencję, że waz z zagęszczanem satk oblczenowej wyboem badzej zaawansowanych opsów tubulencj otzymywano nższe watośc stumena cepła,
pzy mnejszych pędkoścach powetza ozbeżnośc watośc konwekcyjnego współczynnka pzejmowana cepła otzymanego z ównań kytealnych z ekspeymentu numeycznego są elatywne wększe. Wynka to z tudnośc modelowana pzepływów pzejścowych z neozwnętą w pełn tubulencją, zapojektowane wybudowane stanowsko badawcze umożlwło wyznaczene chaakteystycznych ozkładów pędkośc powetza w pzekoju dolotowym ożebowanego wymennka cepła. ształt uzyskanego z welokotne powtazanych pomaów poflu pędkośc powetza w pzekoju dolotowym wymennka wykazuje pewne podobeństwo, w tym cechuje sę pewną asymetą. Zmezone maksymalne watośc pędkośc powetza występowały ne w os wymennka, lecz były pzesunęte w keunku początku wymennka,
zastosowana metoda pomaowa ne pozwala na popawne wykonane pomaów ozkładów pędkośc powetza za wymennkem, gdyż ne jest spełnony waunek znajomośc keunku zwotu wektoa pędkośc, sfomułowany model óżncowy wymennka opaty na nm kod HEWES umożlwa oblczena wydajnośc ceplnej ozkładów tempeatu czynnków kzyżowopądowego wymennka cecz powetze z żebam w postac płaskch płyt z uwzględnenem neównomenego dopływu czynnków, zakładana neównomeność ozpływu ceczy na poszczególne uk wymennka w ozważanym zakese (±5% watośc śednej) paktyczne ne wpływa na wydajność ceplną wymennka, duża zwatość konstukcj wymusza dużą gęstość użebowana wymennka, co pocąga za sobą stosowane żebe o małej gubośc. W wynku tego odnotowano stotny wpływ opou pzewodzena cepła pzez żebo w całkowtym współczynnku pzenkana cepła