Strength analysis of spiral pipe with equalincreased surface with regard to internal flow

Abstract

ВступСтаття присвячена аналізу течії в середині гвинтоподібної труби поверхня якої побудована за однозахідною гвинтовою лінією при неізотермічних умовах. Актуальність матеріалу статті нерозривно пов'язана з проблемою модернізації існуючого теп-лообмінного обладнання. Найбільш металоємною ча-стиною в згаданому обладнанні є теплообмінна сек-ція зібрана з традиційних круглих або круглоребрис-тих труб. Зменшити металоємність можливо застосо-вуючи методи інтенсифікації теплообміну як із сто-рони потоку, що рухається в середині труб, так і зі сторони потоку, який омиває ці труби ззовні. Саме цим вимогам відповідають розроблені в КПІ ім. Іго-ря Сікорського [1] гвинтоподібні труби з рівнорозви-неною поверхнею. Такі труби планується використа-ти у якості поверхонь нагріву для конденсаторів, па-рових калориферів, повітря підігрівачів промислових котлів, наприклад Е-50-4-440Г. Літературний оглядГвинтоподібні теплообмінні труби з рівнороз-виненою поверхнею, що пропонуються, не мають ана-логів у світі, всебічно досліджувались авторами [1][2][3]. Їхня конструкція дозволяє одночасно суттєво збільши-ти як зовнішню, так і внутрішню поверхню теплооб-міну (в 1,15-1,4 рази). Завдяки гвинтоподібним висту-пам-впадинам, які послідовно чергуються з заданою висотою-глибиною та кроком, вони спричиняють до-даткову турбулізацію примежового шару [3]. За раху-нок закрутки внутрішнього та зовнішнього потоків і різкої зміни швидкості потоку при омиванні поверхні відбувається одночасне збільшення інтенсивності вну-трішнього і зовнішнього теплообміну в залежності від геометричних характеристик труб та кроків між ними у 1,5-2,5 та 1,1-1,3 рази відповідно. За рахунок цього коефіцієнт теплопередавання збільшується на 25-70 % в порівнянні з трубами круглого перерізу.Технологію отримання гвинтоподібних профі-лів на трубках, що базується на використанні трьох роликової обкатної головки сумісно з одноролико-вою обкатною головкою розроблено в ММІ КПІ ім. Ігоря Сікорського [4].Досліджені авторами [1-3] гвинтоподібні труби мали зовнішній діаметр 36 мм і невеликі кроки між впадинами та виступами (8-12 мм) при висотах впа-дин чи виступів (4-5 мм). Вказаний діапазон досить вузький, тому з метою створення умов широкого за-стосування гвинтоподібних труб з рівнорозвиненою поверхнею труб в промисловості його потрібно роз-ширити, що є можливим завдяки тому, що розроблена нова технологія [5] дозволяє отримати латунні трубки діаметром 16 мм з однозахідним гвинтоподібним про-філем великої довжини -більше 2 м (рис. 1).Можливості застосування нової технології [5] не-обхідно уточнити числовими і експериментальними до-слідженнями характеристик теплообміну і аеродинаміч-ного опору таких труб. Уточнення полягає у визначенні оптимальних геометричних параметрів гвинтоподібних тру, які бузуть виготовлятися за цією технологією.Основними геометричними параметрами, які впливають на конфігурацію зовнішньої поверхні тру-би є крок і висота виступів-впадин гвинтової лінії. Аналіз проводився при змінному крокові гвинтової лі-нії, що становив 8, 12 і 20 мм. В усіх трьох дослідже-них ...