Исследование тепловой работы трубчатого элемента двойной циркуляции Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 66. 042. 882

В.Н.Лункин, Т.М.Ханзяров

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ ТРУБЧАТОГО ЭЛЕМЕНТА ДВОЙНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ

Приводятся результаты аналитического и экспериментального исследования тепловой работы предлагаемой конструкции элемента рекуперативного воздухоподогревателя -трубки Фильда с противоположным движением воздуха. Разработан укрупненный лабораторный стенд, на котором проведены и обработаны эксперименты по изучению влияния режимных и конструктивных параметров на температурный режим стенки элемента.

Рекуперативный воздухоподогреватель, температурный режим, ленточный завихритель

V.N. Lunkin, T.M. Khanzyarov

RESEARCH OF THERMAL WORK TUBULAR ELEMENT OF DOUBLE CIRCULATION

Results analytical and an experimental research of thermal work of an offered design of an element recuperative air-heater - tubes of Fild with opposite movement of air are resulted. The integrated laboratory stand on which experiments on studying of influence regime and design data on a temperature mode of a wall of an element are spent and processed is developed.

Recuperative air-heater, influence regime, taped whirlwinder

Для работы рекуперативного подогревателя в области температур дымовых газов 250...350 0С, содержащих сернистые соединения, на кафедре «Промышленная теплотехника» СГТУ предложена конструкция трубчатого элемента двойной циркуляции [1].

Холодный воздух поступает во внутреннюю трубку с ленточным завихрителем, где подогревается до температуры > 80 0С. Затем воздух поступает в кольцевой зазор, образованный внутренней и внешней трубками, где догрева-ется до 190.200 0С (Рисунок 1). Это способствует поддержанию высокой температуры стенки внешней трубы > 170 0С даже при подаче холодного воздуха с t = -15 0С, что исключает конденсацию влаги из газов.

При установке ленточного завихрителя при скорости воздуха 3.4 м/с интенсивность теплоотдачи увеличивается на 30%.

Начало ламинарного режима

Воздух

Re = 11 .б • J — = 11 .б

0.5 +

£

Переход к турбулентному режиму

Re кр = 38900 • | D

+ 2300

При значении критерия Дина

De =^э

= Re

= 150 ... 8 • 10

(1)

(2)

(3)

Рис. 1. Расчетная схема элемента

V V D V D

где (й э) - эквивалентный диаметр канала;

D - диаметр кривизны осевой линии канала; £

При — =2,5 „.11 используют формулы: й

Nu = 0.3 • Re 0 б • Pr

Nu = 0.079 • Re074 • Pr'

. при Re) Re

кр

(4)

(5)

Теплообмен в элементе представляет сложную картину тепловых потоков: От дымовых газов к наружной трубе

^ - \

Q2 = (а2 л + а2 к )'

t ----------- t ry

г ст 2

2н

(б)

От наружной трубы к воздуху в кольцевом зазоре и к внутренней трубе

2

8

2

П

1.1б

0 135

0.43

° -аА • Р2в •и ст2 - і в2 І + єп • с0 •

Л

Т

ст 2

\

100

V У

Т

ст1

100

V

• і 1 2в •

От воздуха в кольцевом зазоре и наружной трубы к внутренней трубе

п0

Г- V

Т„г

100

-

Л

Т

ст1

100

V У

От внутренней трубы к воздуху, протекающему в ней

°1 - а1 • р1в • I г ст1- І в1 | = С в • св • {їв -1 в0) •

(7)

• р2в • (8)

(9)

Теплота, воспринятая воздухом в кольцевом зазоре

Й5 = а, - а, = а, ■ с, ■(,; - ,в). (10)

Аналитическое исследование предложенной математической модели позволило выявить влияние режимных ^в^г) и конструктивных (ё1,ё2, Н) параметров на температуру стенки наружной трубы и воздуха на выходе из внутренней трубы и из наружной [1].

Рис. 2. Схема экспериментальной установки с газовой горелкой:

1,6,16 - вентиляторы, 2 - шибер,3 - циклонная топка, 4 - воздушная рубашка, 5 - газоход,

7 - ротаметр, 8 - термометр, 9 - трубка наружная, 10 - трубка внутренняя, 11 - трубка Пито, 12 - микроманометр, 13 - милливольтметр, 14 - переключатели, 15 - термопары

300

250

100

№, ■ 4м/с Ь = 1400мм

2 ^ X

^"Х X X

150 І

250

и

Рис. 3. Влияние параметров на £ ст и £ в (точки - расчет):

л ~ ~ . т1п

1 - зависимость минимальном температуры наружной стенки £ ст от температуры продуктов сгорания £дг, 2 - зависимость температуры воздуха на выходе из внутренней трубы элемента £ в

от температуры продуктов сгорания £ дг

Рис. 4. Схема экспериментальной установки с имитацией дымовых газов горячим воздухом:

1 - вентилятор, 2 - воздуходувка, 3 - ТЭНы, 4 - измерительная диафрагма, 5 - камера-газоход, 6 - трубчатый элемент, 7 - ротаметр, 8 - термопары, 9 - И-образный манометр

300 г-9 250

£ 150

Ї 100 5

® 50

0

2

3

4

5

6

в нагревательной камере, °С

холодного возду-ха,

°С

на выходе из внутр. трубы °С

нагретого воздуха, °С

стенки внешней трубы, °С

Скорость воздуха во внутренней трубе, м/с

Рис. 5. Зависимость температур от скорости воздуха во внутренней трубе

Результаты эксперимента

Скорость обдува элемента м/с Расход воздуха в элементе, м3/ч Скорость воздуха во внутренней трубе, м/с Т-ра грею- щего воздуха, °С Т-ра холод- ного возд., °С Т-ра возд. на выходе из внутр. тубы, °С Т-ра нагрето- го воздуха, °С Т-ра стенки внешней трубы, °С

8 2,7 2,2 254 24,1 94,7 135,4 225

8 4,3 3,4 253 24,3 81,5 131,8 218

8 5,7 4,6 253 24,7 71,1 122,6 212

8 7,4 5,9 251 25,0 62,7 114,4 204

Для уточнения математической модели были проведены опыты на укрупненном стенде с газовой горелкой (рис. 2), которые подтвердили адекватность математической модели (рис. 3).

В настоящее время нами разработан и испытан укрупненный лабораторный стенд для продолжения исследования элементов двойной циркуляции, где горячий воздух имитирует дымовые газы (рис. 4).

Был проведен ряд опытов и построена зависимость температур стенки и воздуха от скорости воздуха во внутренней трубе (рис. 5).

Выводы

1. Проведенные эксперименты на газовом и воздушном стендах подтвердили адекватность предложенной ранее математической модели. Аналитические результаты хорошо согласуются с опытными данными (расхождение не превышает 12%).

2. Для поддержания стенки наружной трубы 180.200 0С при подаче холодного воздуха (-15 0С) необходимая температура на выходе из внутренней трубы 80 0С обеспечивается скоростью воздуха в ней 3.3,4 м/с при диаметре 50 мм. и длине 1400 мм.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лункин В.Н. Аналитическое исследование тепловой работы трубчатого элемента воздухоподогревателя / В.Н. Лункин, Л.П. Баринова // Моделирование процессов в теплотехнологических установках: межвуз. сб. науч. трудов. Иваново: Иван. энергетич. ин-т, 1990. С.24-29.

BIBLIOGRAPHY

1. Lunkin V.N. Analytical research of thermal work of a tubular element air-heater / V.N.Lunkin, L.P.Barinov // Modelling of processes in warmlytechnological installations: interhigh school. scientific collection scientific works. Ivanovo: Ivan. energy. in-t, 1990. Р.24-29.

Лункин Владимир Николаевич -

кандидат технических наук, доцент кафедры «Промышленная теплотехника» Саратовского государственного технического университета

Ханзяров Тимур Мухамедович -

магистрант 2-го года обучения, кафедры «Промышленная теплотехника» Саратовского государственного технического университета

Lunkin Vladimir Nikolaevich -

Candidate of Technical Sciences, Docent of the Department of «Industrial heat engineering» of Saratov State Technical University

Khanzyarov Timur Muhamedovich -

Postgraduate second year of study, Department of «Industrial Heat Engineering» of Saratov State Technical University