Влияние геометрических факторов на теплоотдачу трубы с квадратными поперечными ребрами при естественной конвекции

Андрей [Andrey] Борисович [B.] Гаряев [Garyaev]; Екатерина [Ekaterina] Сергеевна [S.] Рекуненко [Recunenko]

Андрей [Andrey] Борисович [B.] Гаряев [Garyaev]
Екатерина [Ekaterina] Сергеевна [S.] Рекуненко [Recunenko]

Ключевые слова: естественная конвекция, теплоотдача, оребрение, оребренная труба, квадратные поперечные ребра

Аннотация

Рассмотрена теплоотдача одиночной трубы с поперечным оребрением плоскими квадратными пластинами при естественной конвекции. Составлена математическая модель для определения теплового потока, передаваемого этим теплопередающим устройством, учитывающая реальное распределение температуры по высоте пластины. При определении эффективности квадратных ребер использовалось аналитическое решение, полученное Спэрроу и Лином. Для вычисления передаваемого теплового потока учитывалось изменение коэффициента теплоотдачи по высоте ребра, предложенное В.Ф. Юдиным. В качестве целевой функции для определения эффективности работы теплового прибора бралось отношение передаваемого теплового потока к массе прибора. Определено, что целевая функция имеет максимум в том случае, если в качестве теплопередающей поверхности рассматриваются как ребра, так и несущая трубка. В том случае, если рассматривается теплоотдача только от поверхности ребер, зависимость целевой функции от размера пластины носит монотонный характер и ее максимум не наблюдается. Выявлено влияние расстояния между ребрами и высоты квадратных ребер на передаваемый и удельный тепловые потоки, отнесенные к единице массы. Показано, что максимальный тепловой поток наблюдается на расстоянии между ребрами равном 5 мм, которое не зависит от высоты ребра; при заданных толщине ребер (5 = 0,6 мм) и расчетных условиях. Максимальный удельный передаваемый тепловой поток, отнесенный к единице массы, наблюдается на расстоянии 6 — 8 мм и далее не меняется при изменении расстояния между ребрами. Установлен размер пластины, соответствующий максимальному значению отношения удельного теплового потока к единице массы. Доказано, что данный размер не зависит от расстояния между пластинами. Полученные результаты можно использовать для дальнейшей оптимизации геометрических параметров отопительных конвекторов, аппаратов воздушного охлаждения (АВО) и других устройств, применяемых для отопления или отвода теплоты.

Сведения об авторах

Андрей [Andrey] Борисович [B.] Гаряев [Garyaev]

Учёная степень: доктор технических наук
Место работы кафедра Тепломассообменных процессов и установок НИУ «МЭИ»
Должность заведующий кафедрой

Екатерина [Ekaterina] Сергеевна [S.] Рекуненко [Recunenko]

Место работы кафедра Тепломассообменных процессов и установок НИУ МЭИ
Должность аспирант

Литература

1. Kerrigan K., Jouhara H., O'Donnel G.E., Robinson A.J. A naturally aspirated convector for domestic heating application with low water temperature sources // Energy and Buildings. 2013. V. 67. P. 187 — 194.
2. Сасин В.И. Мастер-класс «Отопительные приборы в современном строительстве» // АВОК. 2007. № 8.
3. ОАО «Сантехпром» [Офиц. сайт]. http://www.santexprom.ru/ (дата обращения 26.05.2016).
4. Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление. М.: Изд-во АСВ, 2006.
5. Elenbaas W. Heat dissipation of parallel plates by free convection // Physica IX. 1942. N 1.
6. Wankhade S.D, Bhor S.K, Nagraj A.M. Investigation of thermal performance in natural convection from rectangular interrupted fins – a review // Intern. J. Innovative Research in Sci., Eng. and Tech. 2015. Vol. 4. Iss. 1. P. 18528 — 18535.
7. Аронов И.З., Фиалко Н.М., Пресич Г.А. Анализ работы отопительных конвекторов // Промышленная теплотехника. 2003. Т. 25. № 1. С. 78 — 81.
8. Sparrow E.M., Lin S.H. Heat-Transfer Characteristics of Polygonal and Plate Fins // Intern. J. Heat Mass Transfer. 1964. V. 7. P. 951 — 953.
9. Бакластов А.М. и др. Промышленные тепломассообменные процессы и установки. М.: Энергоатомиздат, 1986.
10. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982.
11. Юдин В.Ф. Теплообмен поперечнооребренных труб. Л.: Машиностроение, 1982.
12. Керн Д., Краус А. Развитые поверхности теплообмена. М.: Энергия, 1977.