Корсун А.С., Писаревский М.И., Писаревская Ю.Н., Федосеев В.Н.
В теплообменном оборудовании энергетических установок присутствует шероховатость. Искусственная шероховатость используется с целью
интенсификации теплоотдачи, естественная образуется в процессе эксплуатации теплообменного оборудования. В статье представлена интегральная модель
изменения профиля скорости в канале под воздействием выступов шероховатости с целью расчёта коэффициента гидравлического сопротивления. В основе модели
находятся наиболее устоявшиеся экспериментально подтвержденные факты. Введен новый параметр формы шероховатости Фш, физически определяющий
уровень скорости в зоне границы с шероховатой стенкой. Числовое значение параметра формы зависит только от формы и геометрии выступов шероховатости.
Гидравлическая характеристика канала с произвольной шероховатостью зависит не только от числа Re и относительной высоты выступов ∆/d, но и от значения параметра формы Фш. С
помощью модели получена формула расчета коэффициента гидравлического сопротивления труб с песочной шероховатостью на стенке во всех областях
турбулентного течения теплоносителя, для широкого диапазона относительных высот выступов отличие от экспериментальных данных И. Никурадзе не превышает 5%. Разработана рекомендация по расчету в первом
приближении коэффициента гидравлического сопротивления труб с естественной шероховатостью. Проведен анализ существующих расчётных формул для каналов с искусственной шероховатостью, который показал необходимость проведения дополнительных исследований.
1. Кириллов П.Л., Бобков В.П., Жуков А.В., Юрьев Ю.С. Справочник по
теплогидравлическим расчетам в ядерной энергетике. М.: ИздАТ, 2010. Т. 1.
771 с.
2.
Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение,
1992. 672 с.
3. Ибрагимов М.Х., Субботин В.И., Бобков В.П., Таранов Г.С., Сабелев Г.И. Структура
турбулентного потока и механизм теплообмена в каналах. М.: Атомиздат, 1978,
294 с.
4. Миллионщиков М.Д., Субботин В.И., Ибрагимов М.Х. и др. Исследование
полей скорости и коэффициентов гидравлического сопротивления в трубах с
искусственной шероховатостью стенок. Препринт ФЭИ–385, 1973. 64 c.
5. Миллионщиков М.Д., Субботин В.И., Ибрагимов М.Х. и др. Профили скорости
в гладких и шероховатых трубах. Препринт ФЭИ–417, 1973. 37 c.
6. Олимпиев В.В. Теплогидравлический расчет обтекания шероховатых твэлов,
эффективность их применения в реакторе ВВЭР-1000. Теплоэнергетика, 1992,
№ 3, c. 48–51.
7. Олимпиев В.В. Эффективность интенсификации теплообмена посредством
шероховатости твэлов в реакторе ВВЭР-1000. Теплоэнергетика, 1993, № 3, c.
56–58.
8. Dalle Donne M., Mayer L. Turbulent convective heat
transfer from rough surface with two-dimensional rectangular ribs. Int.
J. Heat Mass Transfer, 1977, vol. 20, no. 6, pp. 583–620. DOI: 10.1016/0017-9310(77)90047-3.
9.
Леонтьев А.И., Олимпиев В.В. Влияние интенсификаторов теплообмена на
теплогидравлические свойства каналов. Теплофизика высоких температур,
2007, т. 4, № 6, с. 925–953.
10. Попов И.А.,
Гортышев Ю.Ф., Олимпиев В.В. Промышленное применение интенсификаторов
теплообмена – современное состояние проблемы. Теплоэнергетика, 2012, № 1, с. 3–14.
11. Iry S., Rafee R. Hydrothermal analysis of conventional and baffled
geothermal heat exchangers in transient mode. J. Thermal Analysis and
Calorimetry, 2021, vol. 143, issue 3, pp. 2149–2161. DOI:
10.1007/s10973-020-09582-2.
12. Oh K., Lee S., Park S., Han S., Choi H. Field experiment on heat
exchange performance of various coaxial type ground heat exchangers considering
construction conditions. Renewable Energy, 2019, vol. 144, pp. 84–96.
DOI: 10.1016/j.renene.2018.10.078.
13. Wang X., Wang R., Wu J. Experimental investigation of a new-style
double-tube heat exchanger for heating crude oil using solar hot water. Applied
Thermal Engineering, 2005, vol. 25, pp. 1753–1763. DOI:
10.1016/j.applthermaleng.2004.11.006.
14. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.:
Наука, 1965. 711 с.
15. Nikuradse J. Gesetzmassigkeiten der Turbulenten Stromung in Glatten
Rohren. VDI-Forschungsheft, 1932, No. 356, pp. 1–36.
16. Никурадзе И. Закономерности
турбулентного движения в гладких трубах. М-Л.: Изд-во ОНТИ НКТП, 1936. C.
75–150.
17. Nikuradse I. Stromungsges etze in rauhen Rohren. Forschungs-Heft,
1933, vol. 361, pp. 1–22.
18. Прандтль Л. Результаты работ последнего времени по
изучению турбулентности. Проблемы турбулентности. М.-Л.: Изд-во ОНТИ НКТП,
1936. С. 9–35.
19. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М.:
Недра, 1982. 224 с.
20. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 6.
Гидродинамика. М.: Наука, 1986, 736 с.
21. Высоцкий Л.И. О константе Кармана. Часть I. Известия
вузов, Строительство, 2015, № 6,
c. 81–89.
22. Высоцкий Л.И. О константе Кармана. Часть II. Известия
вузов, Строительство, 2015, № 7,
c. 94–101.
23. Bailey S.C., Vallikivi M., Hultmark M.,
Smits A.J. Estimating the value of von Karman's constant in turbulent pipe
flow. J. Fluid Mech., 2014, vol. 749, pp. 79–98. DOI:
10.1017/jfm.2014.208.
24. McKeon B.J.,
Zagarola M.V., Smits A.J. A new friction factor relationship for
fully developed pipe flow. J. Fluid Mech., 2005, vol. 538, pp. 429–443. DOI: 10.1017/S0022112005005501.
25. Korsun A.S., Pisarevsky M.I., Fedoseev V.N., Kreps M.V. Velocity distribution in a
turbulent flow near a rough wall. J. of Phys ics: Conf. Series, 2017, vol. 891,
pp. 1–11. DOI: 10.1088/1742-6596/891/1/012065.
26. Кадер Б.А. Тепло- и массоперенос от стенок, покрытых
двумерной шероховатостью, при больших числах Рейонольдса и Пекле. Теоретические
основы химических технологий, 1979, т. 13, № 5, с. 663–675.
27. Кадер Б.А. Гидравлическое сопротивление поверхностей,
покрытых двумерной шероховатостью, при больших числа Рейнольдса. Теоретические
основы химических технологий, 1977, т. 11, № 3, с. 393–404.
28. Петухов Б.С., Генин Л.Г., Ковалёв С.А. Теплообмен в
ядерных энергетических установках. М.: Энергоатомиздат, 1986. 470 с.
29. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в
теплообменниках. М.: Наука, 1982, 472 c.
30. Вилемас Ю., Шимонис В., Адомайтис И.-Э. Интенсификация
теплообмена в газоохлаждаемых каналах. Вильнюс: Мокслас, 1989. 256 c.
31. Colebrook C.F., White C.M. Experiment with Fluid Friction in Roughened Pipes. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, 1937, vol. 161, issue 906, pp. 367–381.
