Сопоставление результатов для закрученного и прямого потока при постоянной мощности прокачки показало, что при закрутке потока воды теплоотдача при однофазной конвекции может возрасти на 20%. В работе [12] экспериментальные исследования были проведены как при нагреве, так и при охлаждении. Было показано, что улучшение теплообмена за счет центробежной конвекции присутствует только в опытах с нагревом, когда существует благоприятный градиент плотности жидкости. Для обобщения опытов при охлаждении, второе слагаемое в формуле (1.2) необходимо опустить.
Большой объем экспериментального материала, посвященного теплообмену в закрученном потоке, представлен в работе [13], выполненной в Oak Ridge National Laboratory (ORNL) в 1961 году. Тепловой поток к трубам со вставленной скрученной лентой и без неё подводился за счёт омического нагрева. Исследования проводились на трубах из алюминия, меди и никеля с относительной длиной 6.6-88.2, внутренним диаметром d = 3.45¸10.2 мм, коэффициентом закрутки ленты k = 0.76 ¸0.13. Давление воды изменялось в диапазоне [0.21, 3.83] МПа, а скорость прокачки [4.5, 47.5] м/с (Re=1×104 ¸4×106). Толщина скрученной ленты – 0.3 мм. Измерения температуры производились термопарами в 36 сечениях вдоль трубки.
В результате работы получены обобщающие соотношения, где коэффициент теплоотдачи для гладкой трубы вычислялся по критериальному уравнению:
(1.3)
а для трубы со вставленной скрученной лентой:
(1.4)
Соотношение для коэффициента гидравлического сопротивления в однофазном потоке воды представлено в виде:
(1.5)
Выражение (1.5) автомодельно по числу Рейнольдса вследствие, как считают авторы [13], большой шероховатости стенок трубки.
Работа [14] является одной из первых отечественных публикаций по вопросам исследования теплообмена и потерь давления в закрученном потоке воды, и по цитируемости является одним из лидеров. В этой работе опытные исследования проведены на равномерно обогреваемой трубе с внутренним диаметром d =12 мм, с достаточными участками гидравлической и тепловой стабилизации. Использовались ленты с коэффициентом закрутки k = 0.75, 0.34, 0.16 и 0. Здесь k = 0 соответствует прямой (незакрученной) ленте, использование прямой ленты позволяет проводить сравнение опытных данных при одном гидравлическом диаметре. Данные по потерям давления получены в изотермических условиях при турбулентном режиме течения в диапазоне чисел Re = (1–5)×104. Коэффициент гидравлического сопротивления лент с коэффициентом закрутки k= 0.16 и 0 описывался формулой Блазиуса:
x0 = 0,3164 Reг–0,25. (1.6)
Для других степеней закрутки получена эмпирическая формула:
xз = x0 (1 + 2,36k4) (1.7)
На рис 1.4 представлены экспериментальные данные [14] о теплообмене, где критерии подобия Nu и Re определялись по внутреннему диаметру трубы.
Рис. 1.4. Экспериментальные данные [14] по теплообмену в однофазном потоке воды для степеней закрутки: 1– k= 0.75, 2– k= 0.34, 3– k= 0, 4 – труба без вставки
Для обобщения опытных данных о теплообмене в [14] была использована формула М.А. Михеева с введением поправки на закрутку потока:
, (1.8)
где Кт = 1 + 1,13×105(k/p)Re–1.2; для трубы без вставки и с прямой лентой (k= 0) Кт = 1.
В работе [14] экспериментальные исследования были проведены и для жидкометаллического теплоносителя. В отличие от представленных выше данных для воды, влияние закрутки потока на теплоотдачу к жидкометаллическому теплоносителю выявлено не было.
В монографии [6] наряду с аналитическими выкладками представлены и некоторые экспериментальные данные по исследованию гидродинамики и теплообмена в закрученном потоке воздуха в трубе с внутренним диаметром d =20 мм, относительной длиной l/d = 41. Использовались ленты с коэффициентом закрутки k = 0.75, 0.34, 0.16 и 0. На базе представлений о структуре закрученного потока с использованием аналитического подхода в [6] получены соотношения для расчета коэффициента гидравлического сопротивления трения и теплоотдачи:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.