Розділ 2.
МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Дослідна установка для досліджень конвективного теплообміну та
аеродинаміки
Дослідження конвективного теплообміну і аеродинамічного опору поверхонь нагріву
з плоскою основою та пластинчасто-розрізним оребренням проводилися на дослідній
установці, що представляє собою аеродинамічну трубу відкритого типу з
прямокутним перерізом розмірами 71х414 (рис. 2.1).
Проточна частина дослідного стенду складається з робочої ділянки (1) і двох
заспокоюючих ділянок (2) довжиною 950 мм, які призначені для формування полів
швидкостей і вирівнювання статичного тиску. Через перехідний дифузор (4)
проточна частина з’єднується з вхідним соплом (3) з внутрішнім діаметром 42 мм,
спрофільованим по лемніскаті. Через перехідний конфузор (5) проточна частина
приєднується до усмоктувального вентилятору (6) типу 19ЦС-48 продуктивністю
0,53 м3/с і напором до 4,7 кПа. Центробіжний вентилятор приводиться в рух
асинхронним двигуном (7) типу АОМ42-2 потужністю 4,5 кВ. Витрата повітря через
вентилятор плавно регулюється за допомогою шибера (8) з гвинтовим приводом. Для
викиду повітря з вентилятора передбачений раструб (9). Робоча ділянка дослідної
установки (рис. 2.1) представляє собою канал довжиною 961 мм. В каналі робочої
ділянки до бокових стінок монтуються рухомі бічні вставки (1) з плавно
профільованими вхідними і вихідними кромками. Така конструкція дозволяє
змінювати розміри поперечного перерізу каналу в залежності від вибраних
габаритних розмірів дослідних тепловідвідних поверхонь і забезпечує
безвідривний плавний вхід в робочу ділянку.
Рис. 2.1. Експериментальна установка.
Робоча ділянка закривається кришкою (10), яка виготовлена з деревоволокнистої
плитки (ДВП). Для фіксації кришки передбачена прижимна рама (11) (рис. 2.1) з
поронітовими ущільнюючими прокладками, що забезпечують герметичність каналу.
У стінках прямих каналів (2) на відстані 0,1 м від входу в робочу ділянку і на
відстані 1,2 м на виході з неї розташовані штуцери діаметром 1,5 мм для відбору
статичного тиску. В кожному перетині по ширині каналу вмонтовано по три
штуцера, які через трійник приєднуються до мікроманометру типу ММН-240.
У склад експериментальної установки входять наступні вимірювальні прилади:
При проведені аеродинамічних досліджень:
Трубка Піто-Прандтля і мікроманометр типу ММН-240 класу точності 1,0 для
визначення швидкісного напору. мікроманометром цього ж типу по перепаду
статичного тиску на вході і на виході з робочої ділянки визначається
аеродинамічний опір дослідженої поверхні.
Барометр-анероїд типу БАММ класу точності 1,0 за допомогою якого визначається
тиск навколишнього середовища.
Ртутний термометром з ціною ділення 0,1 єС, для вимірів температури повітря на
вході в аеродинамічну трубу.
При проведені теплових досліджень:
Ватметр типу Д522 класу точності 1,0 використовувався для вимірів потужності,
яка подається на нагрівач дослідженої поверхні.
Багатоканальний вимірювальний перетворювач типу Щ711/1І з виходом на
цифро-друкуючий прилад для вимірювання температурного поля основи і ребер
поверхонь.
Для живлення електронагрівача використовувався автотрансформатор типу РНШ, який
підключається до електромережі через стабілізатор напруги С–0,9.
2.2. Конструкція і геометричні характеристики поверхонь нагріву
На рис. 2.2 показана конструкція теплообмінної поверхні з
пластинчасто-розрізним оребренням. Діапазони змін розмірів досліджуваних
поверхонь прийняті, виходячи з існуючих рекомендацій та вимог що до
конструювання і застосування у промисловості більшості сучасних теплообмінних
поверхонь [53].
Досліджені поверхні виготовлені з міді, мали плоску основу з розмірами
LxL = 70х70 мм2 товщиною d0 = 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 Fп = 603,3, 1325,0, 894,2 мм2 і
позначались Тип1, 2, 3 відповідно. Поверхні ребер кожного з типів розрізалися
на глибину hp = 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 = d. Утворені на поверхні
ребра „пелюстки”, повертали на кут j = р/6 і р/4 відносно набігаючого потоку.
Рис. 2.2. Вид загальний (а), вид з боку (б), та у плані (в) теплообмінної
поверхні з пластинчасто-розрізним оребренням.
Основні геометричні характеристики досліджених поверхонь приведені в таблиці
2.1.
Досліджено 13-ть типів поверхонь (№1-8, №10-11, №13-15) з
пластинчасто-розрізним оребренням, а також три поверхні з суцільним
пластинчастим оребренням (№9, 12, 16). Поверхні №1-9, №10-12, №13-16
відрізняються один від одного кроком між ребрами s, їх товщиною д, кількістю
ребер Z і коефіцієнтом оребрення Ш. Для поверхонь №1-9, №10-12, №13-16 Ш =
10,6, 24, Ш = 18,6 відповідно.
Поверхні №9, 12, 16 були суцільними та використовувалася як базові поверхні для
порівняння впливу геометричних факторів розрізки на інтенсивність теплообміну і
аеродинамічний опір.
Таблица 2.1
Геометричні характеристики дослідних поверхонь
Параметр
№ поверхні
8
10
11
12
13
14
15
16
h, мм
35,0
s, мм
6,9
2,5
4,5
d, мм
1,4
0,55
0,55
hp, мм
14
21
28
14
21
28
21
28
14
21
2