Актуальность темы. Процессы переноса тепла и массы играют исключительно важную роль в природе и современной технике. Среди них заметное место занимает естественная конвекция и естественная циркуляция, возникающие в поле массовых сил. В связи с экономией ресурсов появляются промышленные процессы, основанные непосредственно на механизме естественной циркуляции. Таким образом, совершенствование теплообменных аппаратов на принципе естественной конвекции и естественной циркуляции, повышение их эффективности является актуальной задачей. Однако выполненный к настоящему времени объем экспериментальных и теоретических работ по данному разделу теплофизики оказывается явно недостаточным. Хорошо обоснованная теория разработана для режима свободной конвекции в пограничных слоях. С развитием методов исследования и вычислительной техники стало возможным получение численных решений в широкой области определяющих параметров. Вместе с тем большинство работ по данному вопросу является в той или иной степени обобщением экспериментальных исследований. Но даже при этих условиях многие проблемы, имеющие практический интерес, остаются не решёнными, что подтверждает необходимость дополнительных работ в этом направлении.
Целью работы является экспериментальное исследование теплообмена и гидродинамики при ламинарном течении при естественной циркуляции жидкости внутри горизонтальных и наклонных труб теплообменника с вытяжной шахтой.
Задачи исследования
1. Анализ литературных данных по теплообмену при естественной конвекции и естественной циркуляции.
2. Создание опытной установки и разработка методики проведения экспериментов при исследовании теплообмена в трубе теплообменника с вытяжной шахтой с переменным углом наклона к горизонту.
циркуляции внутри горизонтальных и наклонных труб теплообменника с вытяжной шахтой с обработкой опытных данных и получение обобщенных безразмерных зависимостей для описания процесса теплообмена при естественной циркуляции.
4. Расчётно-теоретическое обоснование полученных результатов.
Достоверность и обоснованность результатов подтверждается применением в процессе вывода расчетных зависимостей фундаментальных физических и математических понятий и методов, корректными измерениями с использованием точных приборов, практическим подтверждением результатов исследований. Основные положения расчётной - теоретической части диссертации проверены экспериментально.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. На основе проведенных экспериментальных исследований разработана методика расчета теплообмена и гидродинамики для практических задач естественно-циркуляционного теплообмена внутри обогреваемых труб.
2. Получены безразмерные зависимости для расчёта теплоотдачи и расхода жидкости внутри труб теплообменника с вытяжной шахтой.
3. Выявлено изменение как температуры, так и коэффициента теплоотдачи по сечению теплообменной трубы.
Практическая ценность работы заключается в том, что:
1. На основе проведенных экспериментальных исследований разработана методика расчета теплообмена и гидродинамики для практических задач естественно-циркуляционного теплообмена внутри обогреваемых труб.
2. Полученные результаты использованы при конструировании теплообменных аппаратов, основанных на эффекте естественной циркуляции, на предприятии ОАО «Калужский турбинный завод».
Вопросы, выносимые на защиту
1. Результаты экспериментальных исследований теплообмена при естественной циркуляции внутри горизонтальных труб теплообменника с вытяжной шахтой.
2. Физическая модель, описывающая процесс теплообмена при естественной циркуляции внутри горизонтальных и наклонных труб теплообменника с вытяжной шахтой.
3. Методика расчета коэффициентов теплоотдачи и расхода жидкости.
Личный вклад автора заключается в том, что им на основе опубликованных данных поставлены задачи исследования, разработаны основные методики проведения экспериментов, создана и отлажена экспериментальная установка, проведены опыты, обработаны и проанализированы полученные данные, построены физическая и математическая модели, описывающие процесс теплообмена при естественной циркуляции внутри горизонтальных труб теплообменника с вытяжной шахтой.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры общей физики КГУ им. К.Э. Циолковского, конференциях аспирантов КГУ, XVI Школе - семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева, а также на международной научной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» ТулГУ.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 различных изданиях, из них 1 относится к изданиям, рекомендуемым ВАК для опубликования результатов кандидатских диссертаций.
Структура и объем работы. Структура диссертации подчинена замыслу исследования и состоит из введения, четырех глав, заключения, шести приложений, списка литературы, включающего 75 наименований. Диссертация изложена на 114 страницах машинописного текста и содержит 25 рисунков и 4 таблицы.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
