Письменный Е.Н. Теплообмен и аэродинамика пакетов поперечно-оребренных труб
Подождите немного. Документ загружается.
ГЛАВА 2
71
Рис. 2.39. Течение в пакете Ш0105, s
1
= 6,57; s
2
= 2,71; s
1
/s
2
= 2,42; Re = 5,1·10
4
судя по данным работы [103] (рис. 2.50), происходит гораздо мед-
леннее, чем при малых
*)
.
Если обратить внимание на характер изменения степени турбу-
лентности потока на малых удалениях от турбулизатора (рис. 2.50),
то можно прийти к аналогичному выводу в отношении противопо-
ложного предельного устремления параметра S
1
/S
2
: уровень возму-
щенности потока должен расти только до определенного, достаточно
большого значения отношения S
1
/S
2
, выше которого он дожен оста-
ваться практически постоянным.
____________________
*)
После участка стабилизации должен следовать участок спуска до уровня
возмущенности набегающего на пакет потока.
Раздел 2.3
72
Рис. 2.40. Течение в пакете Ш0104, s
1
= 6,57; s
2
= 3,48; s
1
/s
2
= 1,89; Re = 5,2·10
4
Эксперименты по визуализации течения в шахматных пакетах
проводились также с трубами типа 2, характеризующимися меньшей
высотой ребер и соответственно меньшим значением коэффициента
оребрения по сравнению с трубами типа 1. Результаты опытов для па-
кетов Ш0206, Ш0204, показаны на рис. 2.44, 2.45. Сопоставление этих
снимков с картинами обтекания соответствующих пакетов труб типа
1 (рис. 2.38, 2.40) позволило обнаружить заметное влияние параметров
оребрения на характер течения в пакетах. Значительное уменьшение
высоты ребер (почти в два раза) при сохранении неизменными
шаговых характеристик пакетов приводит к росту межтрубных проме-
жутков, что в свою очередь ведет к образованию сквозных коридоров,
ГЛАВА 2
73
Рис. 2.41. Течение в пакете Ш0103, s
1
= 4,93; s
2
= 3,10; s
1
/s
2
= 1,59; Re = 5,5·10
4
особенно в пакетах с большим значением параметра S
1
/S
2
. Однако,
несмотря на это, даже в таких пакетах течение сохраняет признаки,
свойственные обтеканию труб с шахматной компоновкой. Заметно
изменяется обстановка в следе за ребристыми трубами. За счет сни-
жения высоты ребер уменьшается степень вытеснения потока из
межреберных каналов, что приводит к сокращению ширины и
глубины кормовой вихревой зоны (ближнего вихревого следа) и ши-
рины турбулентного следа за ребристой трубой в целом
*)
.
____________________
*)
Следует отметить, что сокращению размеров кормовой вихревой зоны в
некоторой степени препятствует уменьшение поджимающего воздействия труб
соседних рядов из-за увеличившихся межтрубных промежутков.
Раздел 2.3
74
Рис. 2.42. Течение в пакете Ш0102, s
1
= 3,98; s
2
= 3,43; s
1
/s
2
= 1,16; Re = 5,2·10
4
Вследствие сокращения размеров кормовой вихревой зоны, ха-
рактеризующейся наиболее высоким уровнем возмущенности в следе
(рис. 2.50), при сохранении неизменным расстояния между взаимо-
действующими трубами (L = 2S
2
) снижается уровень возмущенности
потока, омывающего трубы глубинных рядов пакета. При больших
относительных продольных шагах s
2
, когда лобовые части труб глу-
бинных рядов находятся вне пределов области ближнего вихревого
следа предлежащих ребристых труб, снижению уровня возмущенно-
сти способствует и упомянутое выше уменьшение ширины турбу-
лентного следа в целом. К сокращению ширины турбулентного следа
в этом случае приводит также то, что он в значительной мере успевает
размываться маловозмущенным потоком в увеличенных продольных
межтрубных промежутках (рис. 2.44), в то время как в соответствую-
щих пакетах труб типа 1 с большей высотой ребер (рис. 2.38)
ГЛАВА 2
75
возмущенный поток из межреберных каналов труб, лежащих выше
по течению, практически сразу же попадает в межреберные каналы
труб, расположенных в том же продольном ряду ниже.
Рис. 2.43. Течение в пакете Ш0101, s
1
= 3,98; s
2
= 9,48; s
1
/s
2
= 0,42; Re = 5,7·10
4
Таким образом, уменьшение степени оребрения приводит к
снижению уровня возмущенности потока, омывающего трубы глу-
бинных рядов.
Раздел 2.3
76
Рис. 2.44. Течение в пакете Ш0206, s
1
= 6,57; s
2
= 2,19; s
1
/s
2
= 3,00; Re = 5,1·10
4
Принимая во внимание вышесказанное, а также результаты ви-
зуализации течения на ребре можно сделать следующие выводы по
результатам исследования течения в пакетах с шахматной компо-
новкой:
- параметры оребрения и размещения труб в пакете заметно
влияют на такие важные характеристики обтекания ребристых труб,
как степень поджатия и уровень возмущенности потока;
ГЛАВА 2
77
Рис. 2.45. Течение в пакете Ш0204, s
1
= 6,57; s
2
= 3,48; s
1
/s
2
= 1,89; Re = 5,1·10
4
- при постоянных параметрах оребрения уменьшение как S
1
,
так и S
2
приводит к росту степени поджатия потока, определяющей
при Re = const уровень локальных скоростей у поверхностей ребри-
стых труб;
- уровень возмущенности потока при постоянных параметрах
оребрения падает с уменьшением S
1
и увеличением S
2
на большей
части практически важных интервалов изменения этих параметров;
Раздел 2.3
78
падением уровня возмущенности сопровождается также понижение
коэффициента оребрения труб пакета при S
1
= const и S
2
= const;
- изменение обоих выделенных гидродинамических факторов
- степени поджатия и уровня возмущенности потока хорошо учиты-
вается параметром размещения S
1
/S
2
= s
1
/s
2
.
б) Коридорная компоновка
Результаты визуализации течения в пакетах труб с коридорной ком-
поновкой показаны на рис. 2.46 - 2.49. Из анализа полученных изо-
бражений следует, что характер течения в коридорных пакетах прак-
тически не зависит от величины поперечного шага S
1
. Это видно,
прежде всего, из сопоставления рис.2.46, 2.47, полученных в резуль-
тате экспериментов с пакетами, имеющими одинаковые продольные,
Рис. 2.46. Течение в пакете К0320, s
1
= 6,57; s
2
= 2,24; s
1
/s
2
= 2,94; Re = 5,2·10
4
ГЛАВА 2
79
Рис. 2.47. Течение в пакете К0319, s
1
= 3,98; s
2
= 2,24; s
1
/s
2
= 1,78; Re = 5,2·10
4
но существенно различные поперечные шаги труб. Уровень возмущен-
ности потока, а также интенсивность омывания труб в глубинных рядах,
определяемая при фиксированном числе Рейнольдса уровнем локальных
скоростей у их поверхностей, зависят фактически только от величины
относительного продольного шага s
2
, который в случае коридорной
компоновки труб однозначно определяет относительное расстояние ме-
жду аэродинамическими взаимодействующими трубами пакета (L/d =
s
2
). При малых значениях s
2
(рис. 2.46, 2.47) каждая из труб в глубине
пакета оказывается в области ближнего вихревого следа предлежащей
ребристой трубы, характеризующегося, как отмечалось выше, примерно
постоянным высоким уровнем возмущенности (рис. 2.50) и в целом от-
носительно слабым рециркуляционным движением среды. Увеличение
s
2
от минимального для данной геометрии ребристых труб значения на
интервале, примерно равном половине продольного размера области
ближнего вихревого следа, не приводит к существенному изменению
гидродинамической обстановки в глубинных рядах. Изменения проис-
ходят тогда, когда передние части ребристых труб глубинных рядов па-
кета начинают выходить из области ближнего следа (рис. 2.48). При этом
Раздел 2.3
80
Рис. 2.48. Течение в пакете К0317, s
1
= 2,48; s
2
= 3,33; s
1
/s
2
= 0,74; Re = 5,3·10
4
в соответствии с рис. 2.50 уровень возмущенности потока, омываю-
щего переднюю часть каждой трубы в глубине пакета, начинает па-
дать. Однако, в то же время, уровень локальных скоростей потока в
передних частях ребристых труб значительно возрастает, так как ре-
циркуляционные течения предлежащих кормовых зон сменяются
здесь более интенсивным течением, проникающим из продольных
межтрубных промежутков. На рис. 2.49 можно наблюдать критиче-
скую точку ближнего следа, разделяющую течение в следе за ребри-
стой трубой на рециркуляционное и течение в направлении набе-
гающего на пакет потока. Критическая точка расположена вне
межреберной полости и видна при визуализации на трубной доске
благодаря выделяющей ее окрестность темной области, в пределах
которой локальные скорости потока меняются от нуля в центре до
значения на границе, достаточного для перемещения частиц сажи.
Дальнейшее увеличение относительного продольного шага приводит
к дальнейшему снижению, а затем и стабилизации (рис. 2.50) уровня
возмущенности потока при примерно установившемся уровне ло-
кальных скоростей омывания ребристых труб.
Рис. 2.49. Течение в следе за ребристой трубой.
Темное пятно слева – окрестность критической
точки ближнего вихревого следа.