ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОСРЕДНЁННОГО ТЕПЛООБМЕНА ДЛЯ ТРУБ С ШЕРОХОВАТЫМИ СТЕНКАМИ И ШЕРОХОВАТЫХ ПЛОСКИХ КАНАЛОВ С ОДНОСТОРОННИМ ТЕПЛОВЫМ НАГРУЖЕНИЕМ

Резюме: Цель. Математическое моделирование теплообмена в шероховатых плоских каналах с односторонним обогревом и круглых трубах с шероховатыми стенками. Метод. Расчет проводился на базе принципа суперпозиции турбулентной вязкости. Задача об интенсифицированном теплообмене в плоском канале и круглой трубе с шероховатыми стенками решена с помощью интеграла Лайона. Результат. Разработана методика теоретического расчетного детерминирования теплообмена для плоских шероховатых каналов с односторонним обогревом и круглых труб с шероховатыми стенками на основе принципа суперпозиции полной вязкости в турбулентном пограничном слое, отличающаяся от существующих теорий. Анализ расчетных значений теплообмена и гидросопротивления для плоских шероховатых каналов с односторонним обогревом и круглых шероховатых труб показал, что повышение теплообмена всегда меньше, чем соответствующее повышение гидравлического сопротивления, что является недостатком по сравнению с каналами с турбулизаторами при прочих равных условиях. Результаты расчета теплообмена для каналов с шероховатыми стенками при одностороннем обогреве для расширенного диапазона определяющих параметров, существенно отличающиеся от соответствующих данных для каналов с турбулизаторами, и определяют уровень интенсификации теплообмена. Вывод. Увеличение расчетных значений относительного осредненного теплообмена Nu/NuГЛ для плоских шероховатых каналов с односторонним обогревом и шероховатых труб с очень большими значениями относительной шероховатости дает как увеличение относительной высоты шероховатости h/R0, так и увеличение числа Рейнольдса Re. Преимущество решений для осредненного теплообмена, полученных по разработанной теории, по сравнению с эмпирическими зависимостями, заключается в том, что они позволяют рассчитать теплообмен в шероховатых трубах в случае больших и очень больших относительных высот выступов шероховатости в том числе и для больших чисел Рейнольдса, что характерно для труб малых диаметров и узких плоских каналов. Повышение относительного теплообмена на воздухе вследствие увеличения относительной высоты шероховатости, или числа Рейнольдса, сопровождается еще более существенным повышением гидравлического сопротивления. В рассматриваемом диапазоне определяющих параметров для  плоских шероховатых каналов при одностороннем подводе теплоты при прочих равных условиях осреднѐнный теплообмен ниже на (4  10)% по сравнению с круглыми шероховатыми трубами.

многослойная модель, плоский канал, круглая труба, шероховатость, турбулизатор, моделирование, теплообмен, турбулентный, интенсификация, обогрев, подвод теплоты, односторонний

1. Эффективные поверхности теплообмена / Э.К.Калинин, Г.А.Дрейцер, И.З. Копп и др. М.: Энергоатомиздат, 1998. 408 с.

2. Лобанов И.Е. Математическое моделирование интенсифицированного теплообмена при турбулентном течении в каналах: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 2005. 632 с.

3. Лобанов И.Е., Штейн Л.М. Перспективные теплообменные аппараты с интенсифицированным теплообменом для металлургического производства. (Общая теория интенсифицированного теплообмена для теплообменных аппаратов, применяемых в современном металлургическом производстве.) В 4-х томах. Том I. Математическое моделирование интенсифицированного теплообмена при турбулентном течении в каналах с применением основных аналитических и численных методов. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2009. 405 с.

4. Лобанов И.Е., Штейн Л.М. Перспективные теплообменные аппараты с интенсифицированным теплообменом для металлургического производства. (Общая теория интенсифицированного теплообмена для теплообменных аппаратов, применяемых в современном металлургическом производстве.) В 4-х томах. Том II. Математическое моделирование интенсифицированного теплообмена при турбулентном течении в каналах с применением неосновных аналитических и численных методов. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2010. 290 с.

5. Лобанов И.Е., Штейн Л.М. Перспективные теплообменные аппараты с интенсифицированным теплообменом для металлургического производства. (Общая теория интенсифицированного теплообмена для теплообменных аппаратов, применяемых в современном металлургическом производстве.) В 4-х томах. Том III. Математическое моделирование интенсифицированного теплообмена при турбулентном течении в каналах с применением многослойных, супермногослойных и компаундных моделей турбулентного пограничного слоя. М.: МГАКХиС, 2010. 288 с.

6. Лобанов И.Е., Штейн Л.М. Перспективные теплообменные аппараты с интенсифицированным теплообменом для металлургического производства. (Общая теория интенсифицированного теплообмена для теплообменных аппаратов, применяемых в современном металлургическом производстве). В 4-х томах Том IV. Специальные аспекты математического моделирования гидрогазодинамики, теплообмена, а также теплопередачи в теплообменных аппаратах с интенсифицированным теплообменом. М.: МГАКХиС, 2011. 343 с.

7. Лобанов И.Е., Доценко А.И. Математическое моделирование предельного теплообмена для турбулизированного потока в каналах. М.: МИКХиС, 2008. 194 с.

8. Иевлев В.М. Численное моделирование турбулентных течений. М.: Наука, 1990. 215 с.

9. Ляхов В.К. Метод относительного соответствия при расчѐтах турбулентных пристеночных потоков. Саратов: Издательство Саратовского университета. 1975. 123 с.

10. Ляхов В.К., Мигалин В.К. Эффект тепловой, или диффузионной, шероховатости. Саратов: Издательство Саратовского университета, 1989. 176 с.

11. Миллионщиков М.Д. Турбулентные течения в пограничном слое и в трубах. М.: Наука, 1969. 52 с.

12. Миллионщиков М.Д. Турбулентные течения в пристеночном слое и в трубах // Атомная энергия. – 1970. Т. 28. Вып. 3. С. 207–220.

13. Миллионщиков М.Д. Турбулентный тепло- и массообмен в трубах с гладкими и шероховатыми стенками // Атомная энергия. 1971. Т. 31. Вып. 3. С. 199–204.

14. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979. 416 с.

15. Дрейцер Г.А., Лобанов И.Е. Исследование предельной интенсификации теплообмена в трубах за счѐт искусственной турбулизации потока // Теплофизика высоких температур. 2002. Т. 40. № 6. С. 958–963.

16. Дрейцер Г.А., Лобанов И.Е. Предельная интенсификация теплообмена в трубах за счѐт искусственнойтурбулизации потока // Инженерно-физический журнал. 2003. Т. 76. № 1. С. 46–51.

17. Новиков И.И., Воскресенский К.Д. Прикладная термодинамика и теплопередача. М.: Госатомиздат, 1961. 548 с.

18. Новиков И.И., Воскресенский К.Д. Прикладная термодинамика и теплопередача. М.: Атомиздат, 1977. 349 с.

19. Лобанов И.Е. Математическое моделирование предельного теплообмена за счѐт турбулизации потока при турбулентном течении в плоских каналах с турбулизаторами // Актуальные проблемы российской космонавтики: Материалы XXXIV Академических чтений по космонавтике. Москва, январь 2010 г. / Под общей редакцией А.К.Медведевой. М.: Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2010. С. 200–202.

20. Лобанов И.Е., Флейтлих Б.Б. Моделирование интенсифицированного теплообмена при турбулентном течении в плоских каналах с периодически поверхностно расположеннымитурбулизаторами потока на базе семислойной модели турбулентного пограничного слоя // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2011. № 2 (286). С. 42–50.

21. Лобанов И.Е., Флейтлих Б.Б. Моделирование интенсифицированного теплообмена при турбулентном течении в плоских каналах с периодически поверхностно расположенными турбулизаторами потока на базе семислойной модели турбулентного пограничного слоя // Проблемы газодинамики и теплообмена в энергетических технологиях: тезисы Международной научной школы (Москва, 5–7 сентября 2011 г.). М.: Издательский дом МЭИ, 2011. С. 50–52.

22. Лобанов И.Е. Теория теплообмена при турбулентном течении в плоских каналах с поверхностно расположенными односторонними турбулизаторами потока на базе семислойной модели турбулентного пограничного слоя // Московское научное обозрение. 2012. № 4. Ч. 1. С. 7–12.

23. Лобанов И.Е. Аналитическое решение задачи об интенсифицированном теплообмене при турбулентном течении в плоских каналах с периодически поверхностно расположеннымитурбулизаторами потока на базе семислойной модели турбулентного пограничного слоя // Научное обозрение. 2012. № 2. С. 375–387.

24. Лобанов И.Е. Теплообмен при турбулентном течении в плоских каналах с равномерно расположенными поверхностными односторонними турбулизаторами потока // Вестник машиностроения. 2013. № 8. С. 13–17.

25. Лобанов И.Е. Теория гидравлического сопротивления в шероховатых трубах // Вестник машиностроения. 2013. № 7. С. 27–33.

26. Теплообмен в энергетических установках космических аппаратов / Под ред. В.К.Кошкина. М.: Машиностроение, 1975. 272 с.

27. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982. 472 с.