Metoda obliczeń wymienników ciepła z pionową wężownicą

Autorzy: Urbanowicz Alicja E., Wojtkowiak Janusz

ISBN 978-83-7775-323-1
Rok wydania: 2014
Wydanie: I
Stron: 124

W książce zaproponowano autorski sposób obliczania konwekcyjnego współczynnika przejmowania ciepła z zewnętrznej powierzchni wężownicy, zanurzonej w płynie o nieograniczonej pojemności cieplnej, a jego poprawność potwierdzono do-świadczalnie metodą stanu uporządkowanego. Opracowano algorytmy obliczeń cieplno-przepływowych dla dwóch przypad-ków: wężownicy zanurzonej w dużym zbiorniku z płynem o stałej temperaturze oraz wężownicy w zbiorniku wypełnionym płynem o zmieniającej się (rosnącej) temperaturze.

Poprawność działania programów, napisanych w języku Fortran, po-twierdzono w symulacjach numerycznych. Podczas weryfikacji określono wpływ parametrów geometrycznych i strumienia masy płynu przepływającego wewnątrz wężownicy na intensywność wymiany ciepła, długość wężownicy, czas podgrzewa-nia, temperaturę płynu na wypływie z wężownicy, straty ciśnienia oraz moc elektryczną niezbędną do przetłoczenia płynu przez wężownicę. Wyniki obliczeń wykazały, że spośród czterech parametrów konstrukcyjno-eksploatacyjnych dwa: średni-ca rury wężownicy i strumień masy cieczy wewnątrz wężownicy mają bardzo duży wpływ na jej charakterystykę cieplno-przepływową.

Spis treści

Wykaz ważniejszych oznaczeń 5 

1. Wprowadzenie 9 

2. Geometria wężownicy i zadanie optymalizacyjne 15 

3. Przegląd literatury 17 

4. Jakościowy opis zjawisk cieplno-przepływowych wewnątrz wężownicy i w jej otoczeniu 21

4.1. Przepływ wtórny 21

4.2. Mechanizmy wymiany ciepła 23 

5. Przegląd i wybór zależności na liczby kryterialne i współczynniki tarcia 25

5.1. Krytyczna liczba Reynoldsa 25

5.2. Równania opisujące przejmowanie ciepła wewnątrz wężownicy 28

5.3. Równania opisujące stratę ciśnienia 32

5.4. Wybór zależności na liczbę Nusselta i współczynnik tarcia 36

5.5. Równania opisujące przejmowanie ciepła na zewnątrz wężownicy 38 

6. Badania doświadczalne konwekcji ciepła na zewnątrz wężownicy 41

6.1. Podstawy teoretyczne metody badawczej 41

6.2. Parametry geometryczne i fizyczne badanych wężownic (alfakalorymetrów)43

6.3. Przyrządy pomiarowe i ich dokładność 45

6.4. Opis stanowiska badawczego 46

6.5. Przygotowanie wężownic do badań 49

6.6. Kalibracja układu pomiarowego 50

6.7. Przebieg badań doświadczalnych 51

6.8. Wyniki pomiarów 51

6.9. Wyznaczenie współczynnika przejmowania ciepła metodą stanu uporządkowanego 54

6.10. Porównanie wyników badań doświadczalnych z danymi literaturowymi 55

6.11. Obliczenia niepewności wyników i podsumowanie badań doświadczalnych 57 

7. Równania zastosowane w modelach obliczeniowych 61

7.1. Parametry geometryczne wężownicy i zbiornika oraz zakresy zmienności podstawowych wielkości 61

7.2. Równania bilansu ciepła 63

7.2.1. Model I – wężownica zanurzona w ośrodku o nieograniczonej pojemności cieplnej 63

7.2.2. Model II – wężownica zanurzona w zbiorniku wypełnionym cieczą 67 

8. Algorytmy obliczeniowe i programy komputerowe 81

8.1. Algorytmy obliczeń cieplno-przepływowych 81

8.1.1. Wstęp 81

8.1.2. Algorytm dla modelu I 81

8.1.3. Algorytm dla modelu II 82

8.2. Uwagi do bloków sprawdzających 86 

9. Weryfikacja poprawności działania programów komputerowych 93

9.1. Dane do obliczeń 93 9.2. Metoda i zakres obliczeń sprawdzających 95

9.3. Wyniki obliczeń sprawdzających i ich analiza 96

9.3.1. Model I 96

9.3.2. Model II 104

9.4. Podsumowanie 114 

10. Zakończenie 115

Literatura 117

Abstract 123