Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

„Київський політехнічний інститут”

УДК 536.423.1

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Теплообмін та аеродинаміка плоских поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням

05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика

Баранюк олександр володимирович

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі атомних електричних станцій і інженерної теплофізики Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” (НТУУ “КПІ”) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, Письменний Євген Миколайович, Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, декан теплоенергетичного факультету, завідувач кафедри атомних електричних станцій і інженерної теплофізики

Офіційні опоненти:

член-кореспондент Національної академії наук України, доктор технічних наук, професор, Халатов Артем Артемович, Інститут технічної теплофізики Національної академії наук України, завідувач відділу

кандидат технічних наук, доцент, Турик Володимир Миколайович, Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, доцент кафедри гідро-аеромеханіки і механотроніки

Захист дисертації відбудеться „06” жовтня 2009 р. о 15 годині на засіданні вченої ради Д 26.002.09 в Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, Київ, пр. Перемоги, 37, корпус 5, аудиторія 307.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, Київ, пр. Перемоги, 37.

Автореферат розісланий „___” ______________р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради ______ В.І. Коньшин

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

конвективний оребрення теплообмін

Актуальність теми. Забезпечення оптимальних режимів охолодження елементів радіоелектронної апаратури (РЕА), персональних комп'ютерів (ПК) та інших теплонавантажених елементів електронного устаткування є актуальною задачею, з вирішенням якої пов'язана важлива проблема надійності їх функціонування. Для вирішення цієї проблеми використовуються різноманітні методи, але самим простим, дешевим, зручним та надійним в експлуатації метод повітряного охолодження.

В роботах Дульнєва Г.А., Тарновського Н.Н., Чернишова О.О. показано, що порівняно з рідинним та випарним охолодженням його ефективність невелика і для її збільшення на практиці широко застосовують традиційні конструкції малогабаритних розвинутих теплообмінних поверхонь (радіаторів) - пластинчасті, гольчасто-штирьові, петельно-дротяні (Легкий В.М., Домніч В.В., Смагіна О.М., Боса Н.В.), які все менше відповідають сучасним вимогам ефективного відводу надлишкової теплоти, вартості та технологічності конструкцій. Цим вимогам відповідає розроблена в НТУУ „КПІ” поверхня з пластинчасто-розрізним оребренням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалася згідно з держбюджетною темою „Дослідження інтенсифікації процесів теплообміну в поверхнях нагрівання нового покоління для новітніх ресурсозберігаючих технологій в енергетиці та промисловості” (№ ДР 0104U000468).

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є розробка ефективних поверхонь теплообміну з поліпшеними масогабаритними і теплоаеродинамічними показниками. Отримання нових закономірностей процесів теплообміну та поглиблення уявлень щодо фізичних особливостей теплообміну та течії при омиванні повітряним потоком плоских теплообмінних поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням. Створення інженерних методик розрахунку теплообміну та аеродинаміки поверхонь теплообміну на основі узагальнення результатів вивчення залежностей інтенсивності тепловіддачі від геометричних параметрів розрізки, впливу кута повороту розрізних частин ребра відносно набігаючого потоку і режимних параметрів течії.

Об'єкт дослідження - плоскі теплообмінні поверхні з пластинчасто-розрізним оребренням при поздовжньому омиванні повітряним потоком.

Предмет дослідження - процеси теплообміну та течії в міжреберних каналах

плоских поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням при поздовжньому омиванні їх ребер повітряним потоком.

Методи дослідження. Для вирішення поставленої мети застосовані експериментальні методи досліджень теплообміну, аеродинаміки та структури потоку в міжреберних каналах плоских поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням. Визначення інтенсивності тепловіддачі проводилося за методикою розробленою в НТУУ „КПІ” шляхом вимірювання температурного поля ребра і стінки основи біля кореня ребра при досягненні стаціонарного теплового режиму. Дослідження аеродинаміки та характеристик турбулентності проводилося за методикою розробленою ІТТФ НАН України термоанемометром з нагрітою ниткою.

Поставлена мета досягалася шляхом вирішення наступних задач:

Експериментально дослідити середньоповерхневий конвективний теплообмін і аеродинамічний опір плоских теплообмінних поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням з коефіцієнтом оребрення Ш = 10,6, 18,6, 24,0 в діапазоні чисел Рейнольдса Re = 1000…12000;

Узагальнити експериментальні дані по середньоповерхневому теплообміну і аеродинамічному опору у вигляді залежностей, що відображають фізичні особливості процесів, які мають місце при поздовжньому омиванні повітряним потоком плоских теплообмінних поверхонь з пластинчастими і пластинчасто-розрізними ребрами;

Експериментально вивчити структуру течії і турбулентні характеристики потоку (середні в часі швидкості і середньоквадратичні пульсації швидкості) в напіввідкритих каналах теплообмінних поверхонь з прямими пластинчастими ребрами в умовах впливу розрізки ребер;

Підтвердити отримані результати течії і теплообміну пластинчасто-розрізної теплообмінної поверхні за допомогою числової моделі побудованої з застосуванням сучасних програмних комплексів.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Вперше досліджені закономірності теплообміну та течії на плоских поверхнях з пластинчасто-розрізним оребренням;

2. Вивчена залежність інтенсивності теплообміну та аеродинамічного опору від геометричних та режимних параметрів дослідних пластинчасто-розрізних поверхонь;

3. Визначені оптимальні значення відносної глибини розрізки і кута повороту розрізних частин ребер (пелюсток), при яких спостерігається максимум інтенсивності тепловіддачі;

4. Отримані узагальнюючі залежності для розрахунку конвективної тепловіддачі та аеродинамічного опору пластинчасто-розрізних поверхонь на основі яких розроблена інженерна методика їх теплоаеродинамічного розрахунку;

5. Вивчені поля швидкостей та їх пульсацій, що дозволили проаналізувати вплив глибини розрізки на структуру течії і збудженість потоку в міжреберних каналах пластинчасто-розрізних поверхонь і обґрунтувати наявність максимуму інтенсивності теплообміну при досягненні оптимальної глибини розрізки;

6. Визначена пряма кореляція між рівнем сумарної збудженості потоку та інтенсивністю теплообміну і встановлені причини інтенсифікації теплообміну на пластинчасто-розрізному ребрі.

Виконана робота дає нові відомості про тепловіддачу плоских оребрених поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням в умовах вимушеної конвекції. Матеріал роботи розширює наукові знання про конвективний теплообмін оребрених теплообмінних поверхонь.

Практичне значення отриманих результатів. Результати і висновки даної дисертаційної роботи використані ДП НДІ „Оріон” (м. Київ, Україна) в системах термостабілізації і охолодження, ВАТ „НПО Иннотех” (м. Казань, Росія), для охолодження аноду лампи рентгенівського апарата дефектоскопу безперервної дії, та КП „ЦКБ ”Арсенал” (м. Київ, Україна) для системи охолодження ІЧ-приймача.

Матеріали, що подані в дисертаційній роботі, застосовуються в навчальному процесі при підготовці студентів теплоенергетичного факультету НТУУ „КПІ” спеціальності „Теплофізика”.

Особистий внесок здобувача у роботу є:

1. Проведення експериментальних досліджень середньоповерхневого теплообміну, аеродинамічного опору і структури потоку в міжреберних каналах плоских поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням;

2. Створення робочої ділянки для експериментальних досліджень турбулентних характеристик потоку на моделі поверхні теплообміну;

3. Розробка методики числового розрахунку тривимірної течії в'язкої рідини, що омиває розрізні ребра;

4. Проведення числових розрахунків полів температур і швидкості в міжреберних напіввідкритих плоских каналах, утворених розрізними ребрами, на основі яких розроблено схему течії на розрізному ребрі.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи і її основні положення доповідалися й обговорювалися на семінарах професорсько-викладацького складу НТУУ „КПІ”, на XVI школі-семінарі молодих вчених і спеціалістів під керівництвом академіка РАН А.І. Леонтьєва (Санкт-Петербург, 2007 р.), ІV Міжнародній конференції “Проблеми промислової теплотехніки” (Київ, 2007 р.), VI Міжнародному Мінському форумі по тепломасообміну (Мінськ, 2008 р.).

Публікації. Згідно теми дисертації опубліковано 10 друкованих праць, з них 7 - у спеціалізованих фахових виданнях, 3 - у матеріалах та тезах конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, шести розділів, висновків, переліку посилань з 100 найменувань і додатку. Загальний об'єм

роботи становить 169 сторінок тексту, з них 92 рисунка та 10 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета та завдання дослідження, викладені наукова новизна і практична цінність, представлені дані з апробації результатів і особистий внесок здобувача у виконаній роботі.

В першому розділі розглянуті види систем охолодження радіоелектронних приладів, критерії вибору методу охолодження. Розглянуті найбільш поширені конструкції розвинутих тепловідвідних поверхонь для охолодження елементів РЕА та ПК, приведені їх основні переваги та недоліки (Боса Н.В., Домніч В.М., Дульнєв Г.А., Смагина О.М., Чернишов О.О., Eckels P., Sahin B., Sara O., Sparrow E., Yakut K.). Показано, що з усіх оребрених поверхонь найбільш повно досліджена тепловіддача пластинчастих радіаторів.

Наведені основні залежності для розрахунку інтенсивності тепловіддачі, та аеродинамічного опору, які були покладені в основу методик розрахунку та оптимізації параметрів найбільш пошириних типів поверхонь в умовах примусової конвекції (Брeдшоу П., Кутателадзе С.С., Мигай В.К., Стасюлявичус Ю.К.).

Представлені дані про гідродинамічну структуру потоку і особливості теплообміну в каналах (Дибан Є.П., Епік Е.Я., Ібрагімов М.Х., Конт-Белло Ж., Семена М.Г., Шліхтінг Г., Gessner F.). Роботи Калинина Е.К., і Павловського В.Г. свідчать, що при розробці методів інтенсифікації теплообміну необхідно шукати не тільки шляхи додаткової турбулізації пристінної області, але й специфічні шляхи для турбулізації потоку в кутових зонах. Аналіз стану питання показує, що найбільш ефективним і доступним методом керуємого впливу на структуру турбулентного потоку є створення відривних зон чи інших організованих вихрових структур (Ablott D., Kline S.).

Огляд літературних даних показав, що неможливо здобути єдиних узагальнюючих формул для розрахунку гідродинамічних характеристик турбулентного потоку в каналах різної геометричної форми, внаслідок впливу різноманітних факторів, а саме наявності застійних зон в вузьких частинах каналу, конвективного переносу, що визваний рухом конвективних вихорів і вторинними течіями. Недостатньо також опублікованих даних з досліджень структури потоку в незамкнених каналах з розрізкою і відсутні роботи з досліджень розвинутих теплообмінних поверхонь з плоскою основою, розрізкою і поворотом „пелюсток”.

Завершує розділ постановка основних задач дисертаційної роботи, що випливають з приведеного в цьому розділі аналізу сучасного стану проблем.

Другий розділ присвячений опису експериментальної установки і методики проведення експериментів з дослідження конвективного теплообміну і аеродинамічного опору поверхонь нагрівання з плоскою основою та пластинчасто-розрізним оребренням. В цьому ж розділі приведені методики досліджень з вимірювань турбулентних характеристик потоку повітря (середніх в часі швидкостей потоку і пульсацій швидкості) і візуалізації течії на поверхнях розрізних ребер.

Дослідження теплообмінних поверхонь в умовах вимушеної конвекції виконано в аеродинамічній трубі відкритого типу з прямокутним перерізом.

Конструкція і основні геометричні характеристики поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням приведені на рис. 1. Досліджені поверхні виготовлені з міді, мали плоску основу з розмірами LxL = 70х70 мм² товщиною ₀ = 3 мм, до якої припаяні пластинчаті ребра. Дослідження проведені для трьох типів поверхонь, які відрізнялися кроком між ребрами s = 6,9, 2,5, 4,5 мм, товщиною ребра д = 1,4, 0,55, 0,55 мм, кількістю ребер Z = 11, 24, 17, повною площею поверхні F_п = 603,3, 1325,0, 894,2 мм² і позначались Тип І, ІІ, ІІІ відповідно. Поверхні ребер кожного з типів розрізалися на відносну глибину h_p/h = 0,4; 0,6; 0,8, в результаті чого утворюється набір розрізних частин ребер (“пелюстків”) шириною b = 5,7 мм. Ширина зазору між „пелюстками” u вибиралася таким чином, щоб площа теплообмінної поверхні розрізного ребра не була менше площі поверхні нерозрізного ребра, тобто u = . Утворені на поверхні ребра „пелюстки”, повертали на кут = р/6 і р/4 відносно набігаючого потоку.

а) б) в)

Рис. 1. Вид загальний (а), боковий (б), та вид у плані (в) теплообмінної поверхні з пластинчасто-розрізним оребренням

Методика вимірювання та обробки експериментальних даних з теплообміну та аеродинамічного опору розроблена в НТУУ „КПІ”. Її суть полягає у обчисленні конвективних б_к і приведених б_пр коефіцієнтів тепловіддачі безпосередньо за результатами виміру температурного поля ребра і стінки основи біля кореня ребра.

Дослідження по вимірюванню турбулентних характеристик потоку повітря (середніх в часі швидкостей потоку і пульсацій швидкості) і візуалізації течії виконані на моделі, що повністю імітує тепловідвідну поверхню за формою основи і ребер, але виконану в масштабі 2:1. Моделі складалися з 4 алюмінієвих ребер товщиною д = 2 мм, висотою h = 70 мм і довжиною L = 140 мм, розміщених з кроком s = 14 мм на плоскій основі д₀ = 5 мм і відрізнялися одна від одної тільки відносною глибиною розрізки ребер (h_р/h = 0; 0,4; 0,6; 0,8).

Для вимірювання характеристик турбулентності використовувався аналог датчика 55Р11 DISA, виготовлений в ІТТФ НАН України. Нитка датчика розміщувалася перпендикулярно набігаючому потоку і розрізці ребра. Таким чином, нитка реагувала на сумарну збудженість, яка створюється при течії в каналі і в місці розрізки. Основні вимірювання проводились в центральній площині каналу, оскільки розміри державки не дозволяли наблизитися до стінки ближче, чим на 2 мм.

Візуалізація течії здійснювалася на тій же моделі методом поверхневої індикації потоку за допомогою сажо-гасової суспензії, якою рівномірно покривалася попередньо відполірована і пофарбована в білий колір робоча поверхня ребра.

Третій розділ присвячений вивченню закономірностей теплообміну та аеродинаміки пластинчасто-розрізних поверхонь в умовах вимушеної конвекції.

Дослідження закономірностей конвективного теплообміну та аеродинамічного опору теплообмінних поверхонь зводилося до визначення залежностей чисел Нуссельта Nu_к = б_кd_e/ і Ейлера Eu_н = ДP/w_н², розрахованих, відповідно, за середньоповерхневими конвективними коефіцієнтами тепловіддачі б_к = Q/F_пДТ та втратам тиску ДР при прокачуванні теплоносія через теплообмінну поверхню в інтервалі чисел Рейнольдса Re_н = 1000...12000, діапазоні розсіюваних теплових потужностей Q = 50…130 Вт і температурі охолоджуючого повітря перед дослідною поверхнею Т_п = 293…297 К та надлишкових температурах ДТ = 15…50 К.

Дослідні дані по конвективному теплообміну представлені у вигляді залежностей Nu_к· = f(Re_н) в логарифмічних координатах.

За визначальний розмір у числах Нуссельта і Рейнольдса приймався еквівалентний діаметр d_e поперечного прохідного перерізу поверхні. В якості визначальної швидкості в числах Ейлера і Рейнольдса - швидкість набігаючого потоку w_н перед поверхнею. Nu_к· - узагальнений параметр, що визначається, як добуток конвективного числа Нуссельта Nu_к та коефіцієнта оребрення , що характеризує тепловіддачу з основи гладкої поверхні ребра. Використання параметру Nu_к· обумовлено тим, що дослідні теплообмінні поверхні відрізняються коефіцієнтом оребрення .

Аналіз даних рис. 2, свідчить, що в усьому діапазоні змін чисел Рейнольдса, високим рівнем конвективної тепловіддачі володіють поверхні з сумісною розрізкою та поворотом „пелюсток”, а найменшим - поверхні з традиційним пластинчастим оребренням.

Для розрахунку конвективного теплообміну поверхонь з розрізним оребренням пропонується наступне рівняння подібності:

, (1)

де h_P/h - відносна глибина розрізки, С_F - коефіцієнт, що враховує вплив відносної глибини розрізки h_P/h і кута повороту „пелюсток” і визначається функцією виду:

, (2)

де коефіцієнти F₁ і F₂ враховують вплив кута повороту „пелюсток” і визначаються з допомогою наступних залежностей:

(3)

(4)

Відхилення між дослідними та розрахунковими значеннями чисел Nu не перевищує ±10%, для всіх дослідних поверхонь.

На рис. 3 представлені дослідні дані в відносних координатах Nu/Nu₀ = f(h_P/h) при = const, які показують вплив глибини розрізки на тепловіддачу дослідної поверхні порівняно з рівнем тепловіддачі пластинчасто-ребристої поверхні (Nu₀) при фіксованих кутах повороту „пелюсток” і швидкості набігаючого потоку w_н = 4 м/с.

Аналіз результатів показав, що використання розрізки ребер без повороту „пелюсток” ( = 0) підвищує інтенсивність конвективної тепловіддачі на 20…25%. Крива Nu/Nu₀ = f(h_P/h) має максимум, що відповідає значенню h_P/h = 0,55...0,65. Поворот „пелюсток” на кут = р/6 та р/4 збільшує інтенсивність теплообміну відповідно на 48% і 65% порівняно з пластинчасто-ребристими поверхнями.

Експериментально встановлено, що при збільшенні кута повороту інтенсивність тепловіддачі монотонно зростає незалежно від глибини розрізки ребер h_P/h (рис. 4).

Зростання інтенсивності тепловіддачі за рахунок розрізки ребер та їх повороту пояснюється тим, що у випадку поздовжнього омивання розвинутих теплообмінних поверхонь, розрізка кінцевих частин ребер на короткі ділянки викликає зриви пограничного шару з кромок кожної „пелюстки”, турбулізує потік і уповільнює розвиток пограничного шару по всій довжині ребра. Поворот „пелюстки” спричиняє ще більшу збудженість потоку, створює умови до зміни умов омивання дослідної поверхні і призводить до виникнення поперечної складової швидкості.

Відносна глибина розрізки h_P/h = 0,6 є оптимальною для всіх дослідних поверхонь незалежно від кута повороту „пелюсток” . Зменшення інтенсивності теплообміну при h_P/h > 0,7 пов'язано з тим, що глибока розрізка на прямокутні „пелюстки” заважає більш вільному розтіканню теплоти від основи до ребра.

Вплив геометричних та режимних факторів на аеродинамічний опір всіх досліджених поверхонь показує графічна залежність Eu_н = f(Re_н) в логарифмічних координатах (рис. 5). Аналіз представлених даних свідчить, що на аеродинамічний опір найбільше впливають щільність розташування ребер та кут повороту „пелюсток”.

Аналіз даних рис. 5 свідчить, що найменший аеродинамічний опір мають поверхні із суцільним пластинчастим оребренням. Досліди довели, що розрізка помірно збільшує опір, порівняно з поверхнею без розрізки в середньому на 12, 18, 26 % для h_P/h = 0,4, 0,6, 0,8 відповідно за рахунок того, що в місцях розрізки виникають додаткові перешкоди (зриви потоку, вихори тощо) на подолання яких потрібно затратити додаткову енергію.

узагальнююча залежність для розрахунку аеродинамічного опору поверхонь з розрізним оребренням має вигляд:

, (5)

де H/F приведена довжина оребреної поверхні, яка враховує геометрію розвинутих поверхонь і визначається як відношення повної площі поверхні H до площі прохідного („живого”) перерізу F.

Для кожного з типів досліджених поверхонь, цей параметр дорівнював 14,3, 35,5 і 20. Оцінка точності залежності (5) свідчить, що відхилення між дослідними та розрахунковими значеннями чисел Eu не перевищують ±15%.

На рис. 6 приведені закономірності впливу відносної глибини розрізки ребер h_р/h на відносний ріст аеродинамічного опору. Аналіз даних свідчить про те, що сукупність кривих розшаровується по куту повороту і носить монотонно-зростаючий характер. Збільшення відносної глибини розрізки ребер h_р/h збільшує аеродинамічний опір. Розрізка без повороту „пелюсток” ( = 0) помірно збільшує опір в 1,1...1,4 рази порівняно з пластинчасто-ребристою поверхнею. Отже, спостерігається випереджаючий ріст інтенсивності теплообміну над ростом аеродинамічного опору. Подальший поворот „пелюсток” на кут = р/6 і р/4 призводить до зростання аеродинамічного опору в 2...2,7 рази.

Вплив кута повороту „пелюсток” на аеродинамічний опір показано на рис. 7. Аналіз дослідних даних свідчить про те, що зростання призводить до поступового зростання аеродинамічного опору. Найбільший опір мають поверхні з h_р/h = 0,8 і = р/4.

В четвертому розділі проводиться оцінка теплоаеродинамічної ефективності дослідних поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням за допомогою графо-аналітичних методів. В цьому ж розділі приведений порівняльний аналіз пластинчасто-розрізних поверхонь з поверхнями, які широко застосовуються для охолодження елементів радіоелектронної та комп'ютерної техніки - пастинчасто-ребристою, гольчасто-штирьовою та сітчастими поверхнями при їх поздовжньому та поперечному омиванні повітряним потоком. В якості фіксованих величин, які будуть однаковими для усіх досліджених поверхонь, приймаються: тепловий потік, який підводиться до основи теплообмінної поверхні Q = 100 Вт, температура охолоджуючого повітря t_п = 35 C, швидкість набігаючого потоку w_н = 2,5 м/с. В якості критеріїв ефективності приймалися три показники: температура основи розвинутої поверхні t_осн, втрати тиску при проходженні повітря через поверхню ДР, питомий тепловий потік з одиниці маси теплообмінної поверхні q_m=Q/m_пДТ.

Порівняльний аналіз показав, що поверхні з h_p/h = 0,6 більш інтенсивно відводять теплоту (рис. 8а, б). Температура основи всіх досліджених типів поверхонь теплообміну (тип І, ІІ, ІІІ) з h_p/h = 0,6 і = 0, р/6 і р/4 на 18% і 35...39 % менше, чим для поверхонь з гольчасто-штирьовим і сітчастим оребренням при поздовжньому і поперечному омиванні повітряним потоком відповідно. По питомим показникам q_м розрізні поверхні також випереджають сітчасті і гольчасто-штирьові (тепловий потік з одиниці маси в середньому на 40 % вище). Але поверхні з пластинчасто-розрізним оребренням володіють більшим аеродинамічним опором ніж сітчасті і гольчасто-штирьові.

П'ятий розділ присвячений дослідженням структури потоку (розподілу осереднених в часі швидкостей та їх пульсацій) в міжреберних напіввідкритих каналах з розрізними ребрами та течії на поверхнях пластинчастих ребер з розрізкою. Вимірювання швидкостей та пульсацій швидкості проводились в центрі міжреберного каналу (z/(s - ) = 0,5) в різних перерізах по висоті і довжині ребра при двох режимах по середній в часі швидкості набігаючого потоку: 1 режим - w_н ? 10 м/с, 2 режим - w_н ? 5 м/с.

Рис. 9. Розподіл відносної осередненої швидкості вздовж розрізного ребра при w_н ? 10 м/с: 1-h_p/h = 0; 2-h_p/h = 0,4; 3-h_p/h = 0,6; 4-h_p/h = 0,8

На поверхні основи та нерозрізної частини ребра, як і в каналі з нерозрізними стінками, розвивається змішаний тип течії в пограничному шарі, тоді як на поверхні розрізної частини ребра утворюється ламінарний чи псевдоламінарний пограничний шар, що переривається розрізкою і відновлюється за нею. При цьому завдяки особливостям взаємодії потоків в каналі з розрізними стінками і в зазорі поблизу відкритого торця ребра відносна швидкість потоку зменшується зі збільшенням глибини розрізки. По мірі віддалення від вхідної кромки ребер розподіли швидкостей по висоті ребра поступово вирівнюються (рис. 9).

Характерною особливістю досліджених розподілів середньоквадратичних пульсацій швидкості є зростання інтенсивності пульсацій по всій довжині ребра, з ростом відносної глибини розрізки до h_p/h = 0,6 з наступним послабленням при h_p/h = 0,8. Так, максимуми пульсацій при x/L = 0,3...0,75 для h_p/h = 0, 0,4; 0,6; складають 4...4,5%; 5...6%; 7...9% при вказаних вище z_max/h. В той же час при h_p/h = 0,8 максимум пульсацій складає 5...6%. Зміна середньоквадратичних пульсацій швидкості, що осереднена по висоті каналу , показана на рис. 10.

Рис. 10. Розподіл осередненої по висоті ребра пульсації швидкості вздовж розрізного ребра при w_н?10 м/с: 1-h_p/h=0; 2-h_p/h=0,4; 3-h_p/h=0,6; 4-h_p/h=0,8

Аналіз даних рис. 10 свідчить про те, що для всіх досліджених випадків має місце тенденція зростання інтенсивності осереднених пульсацій при x/L > 0,2. При x/L ? 0,2 інтенсивність пульсацій змінюється в межах 3,8...4,2%. Фактично основне зростання інтенсивності пульсацій по довжині ребра спостерігається при x/L > 0,2, а найбільший темп росту - при h_p/h = 0,6. Для ребер с відносною глибиною розрізки h_p/h = 0,4; 0,8 інтенсивність пульсацій швидкості в діапазоні змін x/L = 0,2...0,6 зростає від 4,1 до 5,5 % від 3,3 до 4,8 %, а для h_p/h = 0,6 до 7,3%.

Для сумарної оцінки впливу відносної глибини розрізки на інтенсивність теплообміну і турбулізуючий ефект, що визваний генерацією пульсацій швидкості, дослідні дані були оброблені і представлені у вигляді залежностей Nu/Nu₀ = f(h_P/h) і Tu/Tu₀ = f(h_P/h) (рис. 11), де Tu - аналог ступеню турбулентності, що визначається на основі осереднення середньоквадратичних пульсацій швидкості по висоті і довжині міжреберного каналу в центральній площині і фактично відображає інтегральну збудженість потоку.

Рис. 11. Залежність ступеню інтенсифікації теплообміну та ступеню турбулентності від відносної глибини розрізки ребер: 1 - Nu/Nu₀ = f(h_P/h); 2 - Tu/Tu₀ = f(h_P/h); 3 - розрахунок по залежності (1)

Аналіз даних рис. 11 свідчить про те, що залежність Tu = f(h_p/h) носить екстремальний характер з явно вираженим максимумом при h_p/h = 0,6, при якому спостерігається максимальна інтенсивність середнього теплообміну. Найбільша інтенсифікація конвективної тепловіддачі складає ~26 % при h_P/h = 0,6. При збільшенні і зменшенні глибини розрізки h_P/h від вказаного значення інтенсивність теплообміну зменшується.

У шостому розділі проведено аналіз числових розрахунків впливу розрізки кінцевих частин ребер на аеродинаміку і теплообмін плоских теплообмінних поверхонь з пластинчастим оребренням. Числові розрахунки тривимірного руху в'язкої рідини, що омиває розрізні ребра дослідної поверхні в поздовжньому напрямку, проведені для елементу теплообмінної поверхні нагріву. Елемент вибирався таким чином, щоб змоделювати гідродинамічну картину течії рідини в напіввідкритих каналах прямокутної форми, що створені ребрами і основою теплообмінної поверхні (рис. 1). З цією метою було вибрано середнє по ширині теплообмінної поверхні ребро, що за формою і конфігурацією відповідає натурному і розміщене на плоскій основі шириною, рівною крокові ребер. Завдяки симетричності картин течії в поперечному перерізі міжреберних каналів область течії біля виділеного ребра обмежувалися двома площинами, що знаходяться на відстані на півкроку від вісі ребра, а також поверхнями основи ребра (знизу) і стінки аеродинамічної труби (зверху). Взаємний вплив пограничних шарів, що розвиваються на поверхнях ребер, враховувалися симетричними граничними умовами.

Розрахункова область побудованої таким чином геометричної моделі покривалася нерівномірною, зі згущенням до стінок основи і ребер елементу нагрівання прямокутною сіткою. Мінімальний та максимальний кроки при цьому складали 510^-5 і 110^-4 м. В поздовжньому напрямку розрахункова сітка складається з двох декартових сіток: рівномірної з кроком 510^-5 м, розміщеної поблизу передньої кромки ребра, і нерівномірної зі згущенням до торців ребра. При моделюванні каверни, утвореної розрізкою, використовувалась декартова сітка, яка в поздовжньому напрямку згущалась до стінок каверни, а в поперечному розбивалася на рівномірні інтервали з кроком 110^-4 м.

Результати числових досліджень, які представлені у вигляді розподілів відносних швидкостей w/w_н по висоті і довжині ребра відповідно при фіксованих значеннях x/L = const і y/h = const, відносних осереднених (по висоті ребра) швидкостей вздовж довжини ребра , а також розподілів температур на поверхнях ребра і основи теплообмінної поверхні порівнювалися з експериментальними даними.

За допомогою числових розрахунків отримані схеми течії, що відображають особливості розвитку пограничного шару на поверхні ребра і основи. Числове моделювання дозволило проаналізувати особливості таких аеродинамічних ефектів як формування локальних відривів потоку на вхідних кромках ребер, розвиток пограничного шару на поверхнях „пелюсток” і суцільній частині розрізного ребра, деформацію пограничного шару в місці розрізки ребер та вихроутворення в прямокутних кавернах. Так, для всіх досліджених розрізних ребер на першій „пелюстці” утворюється відривний пузир, висота якого приблизно в 2 рази менше, ніж для випадку з нерозрізними ребрами. Цим можна пояснити той факт, що для розрізних ребер не спостерігається того значного прискорення потоку в перерізах поблизу входу в міжреберний канал, як для нерозрізних ребер.

Визначено, що при переміщенні потоку в каналі з розрізними стінками в місті розриву поверхні утворюються два симетричних вихори (рис. 12), які піджимаються основним потоком. Аналогічна картина течії спостерігається в усіх кавернах вздовж потоку. В цілому по довжині усього розрізного ребра має місце стоншення пограничного шару порівняно з випадком течії вздовж ребер без розрізки, чим зокрема пояснюється зменшення висоти відривного пузиря біля передньої кромки ребра та підвищення інтенсивності теплообміну порівняно з суцільним ребром.

Рис. 12. Картина течії вздовж суцільного (а) і розрізного ребра (б)

Проведений аналіз свідчить, що в усіх перерізах по висоті ребра розрахункові розподіли відносної швидкості по довжині ребра мають той же характер (рис. 13), що і дослідні. При цьому відхилення розрахункових даних від дослідних не перевищує ±10%.

Рис. 13. Порівняння дослідних та розрахункових значень відносної осередненої по висоті ребра швидкості : 1 - h_p/h = 0; 2 - h_p/h = 0,4; 3 - h_p/h = 0,6; 4 - h_p/h = 0,8

Порівняльний аналіз розрахункових і дослідних даних підтвердив наявність максимуму інтенсивності теплообміну для поверхні з відносною глибиною розрізки h_p/h=0,6 (рис. 14). Приведені в розділі дані свідчать, що поверхня з h_p/h = 0,6 має найменшу середньоповерхневу температуру ребра і основи при фіксованій тепловій потужності. Таким чином, інтенсивність теплообміну для цієї поверхні буде вище.

Аналіз результатів числових досліджень свідчить про те, що в цілому, для всіх досліджених поверхонь, при фіксованій тепловій потужності, температура ребра і основи зменшується зі збільшенням відносної глибини розрізки h_p/h (рис. 16). У поверхонь з відносною глибиною розрізки h_p/h = 0,6 середньоповерхнева температура мінімальна (Дt_осн 36…51 C, a Дt_сп 31…45 C). Відхилення розрахункових даних від дослідних знаходяться в межах 2...7 % для всіх досліджених випадків.

а)б)

Рис. 14. Розподіл температур на поверхні ребра і його основи для h_p/h = 0 (а) і h_p/h = 0,6 (б);

На рис. 15 представлені дані по конвективному теплообміну повер-хонь з пластинчасто-розрізним оребренням. Аналіз даних рисунка свідчить, що відхилення між дослідними і розрахунковими конвективними значеннями чисел Nu_к знаходяться в межах 2...11 %.

З врахуванням вище сказаного можна стверджувати, що числовий розрахунок підтверджує наявність максимуму інтенсивності тепло-обміну при розрізці кінцевих частин ребер на відносну глибину h_p/h = 0,6.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 15. Порівняння експериментальних та даних числового моделювання конвективного теплообміну дослідних поверхонь: 1 - h_p/h = 0; 2 - h_p/h = 0,4; 3 - h_p/h = 0,6; 4 - h_p/h = 0,8

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі отримане нове вирішення важливої науково-технічної задачі, що полягає в підвищенні теплоаеродинамічної ефективності та зниженні масогабаритних показників і матеріалоємності оребренних поверхонь нагрівання за допомогою застосування нового типу оребрення. Особливість цього типу оребрення полягає в тому, що верхні частини ребер розрізалися на окремі „пелюстки” прямокутної форми, що згодом розверталися на деякий кут відносно набігаючого потоку. При аналізі процесів теплообміну, що протікають в міжреберних каналах дослідних теплообмінних поверхонь при повздовжньому омиванні їх ребер повітряним потоком, використовувалися методи числового і фізичного моделювання.

Основні результати і висновки проведеної роботи полягають у наступному:

1. В роботі за допомогою узагальнення експериментальних даних вперше отримані емпіричні залежності для визначення середніх значень коефіцієнтів тепловіддачі та аеродинамічного опору плоских поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням в умовах вимушеної конвекції. Представлені емпіричні залежності справедливі в діапазоні зміни чисел Рейнольдса Re = 1000...12000. Похибка узагальнення експериментальних даних по теплообміну склала не більш 10%, а по аеродинамічному опору - до 15%;

2. Застосування нового типу оребрення підвищує інтенсивність тепловіддачі порівняно з традиційним пластинчастим оребренням, що широко застосовується для охолодження елементів РЕА і ПК, в 1,2…1,6 рази при одночасному зростанні аеродинамічних опорів поверхонь в 1,1…2,7 рази;

3. Встановлений вплив на теплообмін геометричних характеристик розрізного ребра. Визначені оптимальні значення відносної глибини розрізки (h_P/h = 0,6) і кута повороту „пелюсток” (? = р/6), які відповідають максимальній ефективності досліджених поверхонь;

4. Розроблена методика теплового та аеродинамічного розрахунків поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням, яка дозволяє по заданим геометричним розмірам поверхні, температурі навколишнього середовища t_п та температурі основи радіатора t_осн розрахувати теплову потужність Q;

5. Проведений аналіз результатів вимірювань середніх швидкостей потоку дозволив оцінити градієнти осередненої швидкості по довжині ребра , які змінюються в інтервалі 12,7...6,4 1/c при значеннях h_p/h = 0...0,8. В роботі показано, що формування профілю швидкості в каналах, утворених частково розрізаними ребрами, протікає в умовах росту пограничного шару по всій довжині нерозрізної частини ребра. Градієнти швидкості зменшуються зі збільшенням глибини розрізки. тому, в цілому, по довжині усього розрізного ребра має місце стоншення пограничного шару порівняно з випадком течії вздовж суцільних нерозрізних ребер;

6. Аналіз розподілів середньоквадратичних пульсацій швидкості та візуалізації течії на поверхнях розрізних ребер дозволив констатувати, що розрізка кінцевих частин ребер на „пелюстки” приводить до додаткової турбулізації потоку за рахунок виникнення аеродинамічних ефектів різної природи (у тому числі, відривів та зривів потоку, ламінарно-турбулентного переходу, порушення процесу росту пограничного шару). В усіх випадках має місце тенденція зростання інтенсивності осереднених пульсацій в межах 3,8...4,2%. Максимум інтенсивності пульсацій вздовж ребра спостерігається при h_p/h = 0,6 і знаходиться в діапазоні від 5,3 до 7,3% ;

7. Числове моделювання дозволило проаналізувати особливості таких аеродинамічних ефектів, як формування локальних відривів потоку на вхідних кромках ребер, розвиток пограничного шару на поверхнях „пелюсток” і суцільній частині розрізного ребра, деформацію пограничного шару в місці розрізки ребер та вихроутворення в прямокутних кавернах;

8. За допомогою числових моделей проведений порівняльний аналіз розподілу температур на поверхні розрізного і нерозрізного ребра та обґрунтовано наявність максимуму інтенсивності теплообміну для поверхонь з h_p/h = 0,6.

9. Приведені в роботі результати і висновки використані ДП НДІ „Оріон” і КП „ЦКБ ”Арсенал” в системах термостабілізації та охолодження, та ВАТ „НПО Иннотех”, для охолодження аноду лампи рентгенівського апарата дефектоскопу безперервної дії.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ пРАЦЬ по ТЕМі ДИСЕРТАЦІЇ

1. Письменный Е.Н. Теплообмен плоских пластинчатых поверхностей с разрезным оребрением при вынужденной конвекции / Е.Н. Письменный, В.Д. Бурлей, А.М. Терех, А.В. Баранюк, Е.В. Цвященко // Промышленная теплотехника. - 2005. - Т.27 , №4.- С.11-16.

Автором проведено експериментальні дослідження середньоповерхневого теплообміну плоских поверхонь із розрізним пластинчастим оребренням, обробка, аналіз та узагальнення результатів.

2. Баранюк А.В. Аэродинамическое сопротивление пластинчатих поверхностей с разрезным оребрением при вынужденной конвекции / А.В. Баранюк, Е.Н. Письменный, А.М. Терех, В.А. Рогачев, В.Д. Бурлей. // Промышленная теплотехника. - 2006. - Т.28 , №4.- С.29-33.

У публікації автору належить проведення експериментальних досліджень аеродинамічного опору плоских поверхонь із розрізним пластинчастим оребренням, обробка, аналіз та узагальнення результатів.

3. Письменный Е.Н. Структура потока в полуоткрытых плоских каналах с разрезными стенками элементов охлаждения РЭА / Е.Н. Письменный, Э.Я. Эпик, А.В. Баранюк, А.М. Терех, В.Д. Бурлей // Промышленная теплотехника. - 2007. - Т.28 , №4.- С.11-16.

У публікації автору належить проведення експериментального дослідження структури потоку в напіввідкритих плоских каналах із розрізними ребрами, обробка і аналіз результатів.

4. Письменний Є.М. Особливості течії на плоских розрізних ребрах елементів охолодження радіоелектронної апаратури / Є.М. Письменний, Е.Я. Епік, О.В. Баранюк, О.М. Терех, О.І. Руденко // Наукові вісті Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”. - 2007. - №3(53). - С.20-24.

У публікації автору належить аналіз результатів візуалізації течії в пограничному шарі, що розвивається на поверхнях розрізних ребер.

5. Баранюк А.В. Интенсивность теплообмена продольно омываемых поверхностей с пластинчато-разрезным оребрением / А.В. Баранюк // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2007. - №4/3 (28). - С.4-10.

6. Письменный Е.Н. Теплоаэродинамическая эффективность новых теплоотводящих поверхностей с пластинчато-разрезным оребрением / Е.Н. Письменный, В.А. Рогачев, А.М. Терех, А.В. Баранюк, В.Д. Бурлей // Енергетика: економіка, технології, екологія. - 2007. - №1. - С.16-21.

У публікації автору належить обробка результатів по середньоповерхневому теплообміну та аеродинамічному опору і аналіз ефективності дослідних поверхонь.

7. Баранюк О.В. Дослідження течії в міжреберних каналах поверхонь з пластинчато-розрізним оребренням методами числового моделювання / О.В. Баранюк, Є.М. Письменний, О.В. Семеняко // Наукові вісті Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”. - 2008. - №5. - С.35-40.

У публікації автору належить обробка і аналіз результатів чисельних розрахунків структури потоку в напіввідкритих каналах утворених розрізними ребрами.

8. Письменный Е.Н. Структура потока в межреберных каналах теплоотводов с пластинчатыми разрезными ребрами / Е.Н. Письменный, Э.Я. Эпик, А.В. Баранюк // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: Тр. XVI Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева. Санкт-Петербург 21-25 мая 2007 Т.2. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. - 576 с.

Автором проведено аналіз розподілу осереднених швидкостей та пульсацій швидкості в міжреберних каналах розрізних поверхонь та вплив глибини розрізки ребер на ступінь турбулентності потоку.

9. Письменный Е.Н. Особенности течения на пластинчато-разрезных ребрах теплоотводящей поверхности / Е.Н. Письменный, В.Д. Бурлей, В.А. Рогачов, А.В. Баранюк, А.М. Терех // Тезисы. V международной конференции Проблемы промышленной теплотехники. Киев 22-26 мая 2007 г. - К.: Институт технической теплофизики НАН Украины, 2007. - 372 с.

Автор зробив аналіз впливу геометричних та режимних факторів на розвиток пограничного шару на пластинчасто-розрізному ребрі.

10. Письменный Е.Н. Интенсивность теплообмена продольно омываемых поверхностей с пластинчато-разрезным оребрением для элементов охлаждения рэа / Е.Н. Письменный, Э.Я. Эпик, В.А. Рогачов, А.М. Терех, А.В. Баранюк // Тезисы докладов и сообщений VI Минского международного форума по тепло- и массообмену. Минск 19-23 мая 2008 г. Т.2. - Минск.: Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси, 2008. - 416 с.

Автором проведений аналіз механізму інтенсифікації теплообміну поверхнею з пластинчасто-розрізним оребренням і кореляції між турбулізацією потоку і інтенсивністю теплообміну.

АНОТАЦІї

Баранюк О.В. Теплообмін та аеродинаміка плоских поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. - Національний технічний університет України “КПІ”, Міністерство освіти та науки України, Київ, 2009.

Дисертація присвячена розробці та дослідженню нових теплообмінних поверхонь з пластинчасто-розрізним оребренням. За допомогою експериментальних та числових методів досліджувався середньоповерхневий конвективний теплообмін та течія на ребрах дослідних поверхонь нагрівання в умовах вимушеної конвекції при поздовжньому омиванні їх ребер повітряним потоком. Встановлено, що неповна розрізка ребер на „пелюстки”, поворот їх на кути р/6 і р/4 підвищує інтенсивність теплообміну, порівняно з традиційним пластинчасто-ребристим оребренням, на 20...25% при = 0, та на 30...40% і 50...60% при = р/6 і р/4 відповідно. При одночасному зростанні аеродинамічного опору в 1,1...1,4 рази для =0 і в 1,35...2,2, та 1,7...2,7 рази для поверхонь з поворотом „пелюсток” на р/6 і р/4. Отримані узагальнюючі залежності для розрахунку теплообміну та аеродинаміки дослідних поверхонь. На основі аналізу структури потоку в міжреберних каналах дослідних поверхонь показано, що розрізка ребра призводить до виникнення аеродинамічних ефектів різноманітної природи, які сприяють інтенсифікації теплообміну.

Ключові слова: теплообмінна поверхня, пластинчасто-розрізне оребрення, інтенсифікація тепловіддачі, теплоаеродинамічна ефективність.

Баранюк А.В. Теплообмен и аэродинамика плоских поверхностей с пластинчато-разрезным оребрением. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 - Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. - Национальный технический университет Украины “КПИ”, Министерство образования и науки Украины, Киев, 2009.

Диссертация посвящена разработке и исследованию новых теплообменных поверхностей с пластинчато-разрезным оребрением. По результатам экспериментальных исследований проведен анализ теплоаэродинамических характеристик исследуемых поверхностей теплообмена с разрезными ребрами в условиях вынужденной конвекции. Определены оптимальные значения относительной глубины разрезки (h_p/h = 0,6) которая отвечает максимальной эффективности исследованных поверхностей.

Исследования теплообмена поверхностей выполнено в аэродинамической трубе открытого типа НТУУ „КПИ” в условиях вынужденной конвекции в диапазонах рассеиваемых тепловых мощностей Q = 45…100 Вт, скоростей набегающего потока w_н = 1,5…10 м/с и температур охлаждающего воздуха t_в = 20…30 ^оС при относительной глубине разрезки ребер h_P/h = 0,4…0,8 и углах поворота = 0...р/4. Число Рейнольдса Re, определенное по w_н и гидравлическому диаметру полуоткрытого канала, образованного ребрами, изменялось в пределах 1000...12000. Оценка интенсификации теплообмена пластинчато-разрезных поверхностей проводилась на основе сравнения с известными данными для широко применяемой пластинчато-ребристой поверхности аналогичной геометрии без разрезки.

Разработаны методики теплового и аэродинамических расчетов теплообменных поверхностей с пластинчато-разрезным оребрением, которые учитывают влияние геометрических характеристик поверхностей, относительной глубины разрезки h_P/h и угла поворота „лепестков” .

По результатам экспериментального и численного исследования структуры потока (распределений осредненных во времени скоростей и их пульсаций) в полуоткрытых плоских каналах с разрезными ребрами и визуализации течения на поверхности разрезных ребер обнаружено существенное влияние относительной глубины разрезки ребра (h_p/h) на структуру потока в межреберном канале. Установлена прямая корреляция между уровнем суммарной возмущенности потока и интенсивностью теплообмена, на основе которой обосновано наличие максимума среднего теплообмена при h_p/h = 0,6.

Возрастание интенсивности теплоотдачи за счет разрезки ребер объясняется тем, что наличие разрезки вызывает деформацию пограничного слоя в месте разрезки с последующим восстановлением процесса его формирования на поверхности ребра за разрезкой. В работе сделан вывод, что, поток „проскакивает” над разрезкой без увеличения толщины пограничного слоя, а затем пограничный слой начинает развиваться на поверхности следующего „лепестка” до места следующей разрезки. Поэтому в целом по длине всего разрезного ребра имеет место утоньшение пограничного слоя по сравнению со случаем течения вдоль ребер без разрезки, что подтверждается на основе экспериментальных измерений осредненных во времени скоростей воздушного потока в межреберном канале, образованном частично разрезанными ребрами.

Уменьшение интенсивности теплообмена при h_P/h > 0,7 связано с тем, что из-за перестройки течения, вызванной ослаблением вихревых структур вблизи основания канала замедляется процесс переноса количества движения, сопровождаемый ростом интенсивности пульсаций скорости, а также тем, что глубокая разрезка ребра на прямоугольные “лепестки” мешает более свободной „растечке” теплоты по ребру.

Применение разрезки ребер, а также поворота „лепестков” на заданный угол является эффективным методом, интенсифицирующим процесс теплообмена. Показано, что по сравнению с традиционным пластинчатым оребрением разрезка и поворот „лепестков” приводят к увеличению интенсивности теплоотдачи в 1,2...1,6 раза, при росте аэродинамического сопротивления в 1,1...2,7 раза, причем при скоростях обдува поверхности более 2 м/с наблюдается устойчивая тенденция опережающего роста теплоотдачи по отношению к росту аэродинамического сопротивления. Эксперименты показали, что для получения наилучшего эффекта по теплосъему, разрезка ребер должна сопровождаться достаточно большим развитием площади теплоотдающей поверхности, осуществляющимся за счет увеличения ее компактности.

Ключевые слова: теплообменная поверхность, пластинчато-разрезное оребрение, интенсивность теплоотдачи, теплоаэродинамическая эффективность.

O.V. Baranyuk Heat Transfer and Aerodynamics of Flat Surfaces with Slit Plate Fins. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree of technical science in 05.14.06 specialty- “Engineering Thermal Physics and Industrial Heat Power Engineering”. - National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Ministry of Education & Science of Ukraine, Kyiv, 2009.

This thesis is dedicated to research & development of advanced heat transfer surfaces, which are finned by means of slit plates. Average surface heat transfer and heat flow of test heat surfaces were investigated with the help of experimental and numerical methods under the conditions of forced convection while longitudinal air flow streamlining of their fins.

There was ascertained that partial cutting of the fins into the “petals” and then their rotation by р/6 and р/4 angles cause heat transfer increase in comparison with traditional slit plate finning, exactly by 20...25% at = 0, 30...40% at = р/6, and 50...60% at = р/4 thereafter. Besides that aerodynamic resistance raise is observed also, namely by 1,1...1,5 at = 0 as well as by 1,35...2,2 and by 1,7...2,7 at р/6 and р/4 thereafter rotated “petal” surfaces. Generalized dependencies have been obtained for computation of thermal aerodynamic characteristics of the investigated surfaces. Due to the analysis of the flow structure at the interfinnal channels of the test surfaces it is declared that cutting of the fin results in appearance of various kinds of aerodynamic effects, which conduce to heat transfer intensification

...