Интенсификация теплоотдачи при течении однофазной среды, страница 10

Рис. 2.17. Изменение отношения чисел Нуссельта (1, 2, 3) и коэффициентов гидравлического сопротивления (4, 5, 6) при течении воды в витой трубе (отношение шага к диаметру трубы): технически гладкой, c винтовой и кольцевой накаткой

2.3. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ СТРУЙНОМ

НАТЕКАНИИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ

Эффективным методом повышения теплоотдачи является организация струйного натекания теплоносителя на поверхность [2.10]. Основные параметры, которые оказывают влияние на теплоотдачу при струйном натекании теплоносителя на преграду, ¾ это диаметр сопла d, расстояние от среза сопла до преграды h, расстояние по поверхности от центра струи в радиальном направлении R=r/d. С уменьшением расстояния до поверхности нагрева коэффициент теплоотдачи увеличивается. При достаточно больших расстояниях от среза сопла до стенки коэффициент теплоотдачи незначительно изменяется по поверхности. При небольших h на зависимости обнаружены два максимума (рис. 2.18). Возникновение внутреннего пика распределении связано с существованием максимумов в распределении нормальной скорости и градиента продольной скорости, что приводит к утонению пограничного слоя. Возникновение внешнего пика связано с переходом ламинарного течения в турбулентное.

Рис. 2.18. Изменение коэффициента теплоотдачи по поверхности при натекании одиночной струи

Основная особенность струйного охлаждения ¾ неоднородность распределения коэффициента теплоотдачи по поверхности. Неоднородность  можно уменьшить в случае использования системы струй (рис. 2.19).

Рис. 2.19. Изменение коэффициента теплоотдачи по поверхности при натекании на поверхность двух струй

2.4. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООТДАЧИ В КАНАЛАХ

С ПОРИСТОЙ И ЩЕТОЧНОЙ ВСТАВКАМИ

Рассмотрим влияние пористых и щеточных вставок на теплоотдачу и гидродинамику в каналах. Теплоотдачу в трубе диаметром      5,3 мм с пористой вставкой из металлического войлока, нитями которого служат нержавеющие проволоки диаметром 0,1 мм, исследовал А. Берглес [2.11]. Вставка имела пористость 80% и припаивалась к внутренней поверхности трубы. Щеточная вставка представляла собой металлическую спиральную щетку из стержня и щетинок, сделанных из проволоки диаметром 0,076 мм. Как обнаружено, отношение коэффициентов теплоотдачи для трубы с пористой вставкой и без нее равно девяти и для трубы с щеточной вставкой ¾ пяти.

Отношение коэффициентов гидравлического сопротивления для трубы с пористой вставкой и без нее равно десяти и для трубы с щеточной вставкой ¾ шести. Повышение теплоотдачи в случае трубы с пористой вставкой обусловлено эффектами развития поверхности, турбулизацией потока, увеличения коэффициента теплопроводности за счет вставки. Рост теплоотдачи для трубы с щеточной вставкой обусловлен возникновением четырехзаходного спирального потока, турбулизацией потока, увеличением теплопроводности за счет щетинок.

Широкий диапазон структурных, теплофизических, гидравлических свойств пористых материалов, полученных с помощью порошковой металлургии, высокая интенсивность передачи теплоты в них создают предпосылки для использования пористых теплообменных элементов в технике [2.12].

Для охлаждения лазерных зеркал в [2.13] предложено применять металлическую структуру, через которую прокачивается теплоноситель. Структура образована прямыми медными проволоками, расположенными вдоль оси зеркала в шахматном порядке и закрепленными торцами к отражательному слою. Шаг между проволоками l связан с их диаметром d и пористостью e выражением . Предполагается, что при движении по структуре жидкость не закипает. Максимальная отводимая тепловая нагрузка в этом случае определяется выражением

где T_н ¾ температура насыщения жидкости, T_вх¾ температура жидкости на входе в структуру, λ_м и λ_ж ¾ коэффициент теплопроводности проволок и жидкости:

    при Re < 1000

    при Re > 1000.