Рис. 1. Эскиз кольцевого канала
представляются в виде функции сте-
пенных отношений относительных
теплогидравлических характеристик:
K
i
=
f η
a
Nu
, η
b
ξ
.
Этот метод оценки эффективности
использован и развит в настоящей ра-
боте применительно к кольцевому ка-
налу с односторонним центральным
теплоподводом. Такой кольцевой ка-
нал (рис. 1) — типичный случай те-
плообменников труба в трубе, трак-
тов охлаждения жаровых труб и дру-
гих теплообменных устройств. Целя-
ми интенсификации теплоотдачи в та-
ких каналах чаще всего служат: увеличение теплосъема, уменьшение
располагаемого напора давления или расхода теплоносителя, сниже-
ние температуры стенки и др.
В качестве ограничений решаемой задачи приняты допущения:
D
1
=
const,
L
=
const,
D
1
/D
2
≈
1
или
D
1
h
; коэффициент те-
плоотдачи
α
на внутренней стороне центральной трубы много больше
α
на внешней ее стороне. В качестве приоритетного критерия зада-
чи принимается суммарное относительное значение теплового потока
K
Q
=
Q/Q
гл
, снимаемого теплоносителем.
Математическая модель рассматриваемого объекта представляется
тремя уравнениями (тепловой мощности
Q
, потерь давления
Δ
р
и
расхода
˙
m
теплоносителя)
Q
=
αS
Δ
T
;
(1)
Δ
p
=
ξ
ρu
2
2
L
d
э
;
(2)
˙
m
=
ρuF,
(3)
где
α
=
Nu
λ
d
э
— коэффициент теплоотдачи;
S
=
πD
1
L
— площадь
теплоотдающей поверхности;
Δ
Т
=
Т
ст
−
Т
охл
— разность температур
(температурный напор) между стенкой и теплоносителем (охладите-
лем);
ξ
— коэффициент гидравлического сопротивления;
u
— средняя
массовая скорость теплоносителя;
d
э
= 2
h
— эквивалентный (гидрав-
лический) диаметр;
h
= 0
,
5(
D
2
−
D
1
)
— высота кольцевого канала;
F
=
π
4
(
D
2
2
−
D
2
1
) =
π
(
D
1
+
h
)
h
— площадь проходного сечения кана-
ла;
ρ
,
λ
,
μ
,
с
р
— плотность, теплопроводность, динамическая вязкость
и теплоемкость теплоносителя соответственно.
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение” 2012. № 4 45
