Исследование течения и теплообмена в каналах с высокопористыми вставками различной формы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат технических наук Аль-Мхериг Абдуссалам Мохамед

• Аль-Мхериг Абдуссалам Мохамед
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аль-Мхериг Абдуссалам Мохамед

Введение

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ТЕЧЕНИЯ И ТЕПЛООТДАЧИ В КАНАЛАХ С ПОРИСТЫМИ ИНТЕНСИФИКАТОРАМИ ТЕПЛООБМЕНА. 1Л. Пористые материалы. Особенности течения и теплообмена

1.2. Применение пористых структур в теплообменных аппаратах

1.3. Аналитические решения задач теплообмена в пористых структурах

1.4. Экспериментальное исследование теплообмена и течения в каналах с пористыми вставками

1.5. Течение и теплообмен в пористых структурах с уменьшенным уровнем гидравлического сопротивления

1.6. Постановка задачи

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ОПЫТОВ.

2.1. Методическое обеспечение исследований теплогидравлических характеристик каналов с пористыми вставками

2.1.1. Экспериментальный стенд

2.1.2. Метрологическое оборудование

2.1.3. Методика проведения опытов

2.1.4. Методика обработки результатов экспериментов

2.2. Методическое обеспечение исследований структуры потока в каналах с пористыми вставками

2.2.1. Экспериментальная установка

2.2.2. Методика проведения экспериментов

2.2.3. Методика обработки результатов

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ПОТОКА В КАНАЛАХ С ПОРИСТЫМИ ПРОНИЦАЕМЫМИ ВСТАВКАМИ.

3.1. Характеристики пористых турбулизирующих систем.

3.2. Затухание турбулентности по длине канала за пористым турбулизатором.

3.3. Обобщение экспериментальных данных по затуханию турбулентности.

3.4. Исследование поля скоростей и турбулентности за пористыми вставками различной конфигурации.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ И ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В КАНАЛАХ С ПОРИСТЫМИ ПРОНИЦАЕМЫМИ ВСТАВКАМИ РАЗЛИЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ 4.1. Результаты экспериментального исследования теплоотдачи и гидравлического сопротивления в каналах с пористыми вставками и поверхностными слоями. Расчетные рекомендации.

4.2. Результаты экспериментального исследования теплоотдачи и гидравлического сопротивления в каналах с пористой межканальной 165 транспирацией.

4.3. Методика выбора оптимальной схемы пористого конвективного 170 охлаждения и теплогидравлического расчета

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование течения и теплообмена в каналах с высокопористыми вставками различной формы»

Развитие авиационной и ракетно-космической техники характеризуется непрерывным увеличением теплонапряженности двигателей и энергетических установок летательных аппаратов, а также элементов их конструкций. Успешное решение возникающих при этом задач невозможно без интенсификации процессов массопереноса.

Одним из перспективных и эффективных способов интенсификации тепломассообменных процессов является использование в теплообменных устройствах пористых металлов. Физическую основу этого способа составляет чрезвычайно высокая интенсивность теплообмена между проницаемой матрицей и протекающим сквозь нее теплоносителем вследствие очень развитой поверхности их соприкосновения. Практическая реализация этого способа стала возможной только после того, как развитие технологии и, в первую очередь, порошковой металлургии позволило производить разнообразные пористые материалы.

Широкий диапазон структурных, теплофизических, гидравлических, химических, оптических и других свойств пористых материалов, простота изготовления из них элементов конструкций, высокая интенсивность теплообмена - всё это дает возможность использовать пористые теплообменные элементы в различных экстремальных условиях. Одновременно с интенсивным теплообменом с помощью пористых элементов можно реализовать процессы фильтрования, разделения фаз, дросселирования и т.д.

Для теплового и гидравлического расчетов разнообразных теплообменных устройств с пористыми элементами необходимо иметь информацию о механизме и интенсивности теплопереноса и гидравлическом сопротивлении при движении однофазного теплоносителя и теплоносителя с фазовыми превращениями в проницаемых матрицах различной структуры. Характер этих процессов в каждом конкретном случае зависит от геометрии устройства, условий подвода и направления потоков теплоты и теплоносителя.

Пористыми теплообменными элементами (ПТЭ) называются устройства, в которых осуществляется теплообмен между проницаемой матрицей и потоком жидкости внутри нее.

Несмотря на большое разнообразие теплообменных устройств с пористыми элементами по назначению, конструктивному оформлению, свойствам и фазовому состоянию теплоносителя, общим для них является теплообмен между пористым материалом и теплоносителем, а основное отличие заключается в условиях подвода теплоты внутрь проницаемой структуры.

Рассмотрим ПТЭ с подводом (отводом) теплоты внутрь пористого материала теплопроводностью от имеющей с ним идеальной тепловой контакт герметичной нагреваемой (охлаждаемой) поверхности (рис. 1.1). Здесь можно выделить четыре основных варианта: канал с проницаемой вставкой а; межтрубное пространство, заполненное пористой матрицей б: поверхность с ребрами, вершины которых соединены с проницаемой перегородкой в; поверхность, покрытая слоем пористого материала, в котором имеются каналы г. В последних двух вариантах теплоноситель проходит сквозь пористую структуру и движется по каналам вдоль поверхности.

Основное назначение ПТЭ с подводом теплоты от сплошной стенки -интенсификация теплообмена между поверхностью и омывающим ее потоком теплоносителя. Здесь качественно меняется механизм переноса теплоты: она от непроницаемой стенки передается теплопроводностью через каркас внутрь проницаемой матрицы и затем поглощается потоком теплоносителя за счет интенсивного внутрипорового теплообмена. Пористый заполнитель должен иметь высокую теплопроводность и идеальные тепловой и механический контакты со стенкой.

Рис. 1.1. Пористые теплообменные элементы с подводом (отводом) теплоты внутрь проницаемой матрицы теплопроводностью от боковой сплошной стенки.

Этот метод интенсификации позволяет с помощью однофазного теплоносителя охлаждать сплошную стенку, подверженную воздействию больших тепловых потоков, например, при конвективном охлаждении стенок ракетных двигателей (рис. 1.2) и лопаток их газовых турбин, элементов электронной аппаратуры и других теплонапряженных устройств. В частности, за счет охлаждения прокачкой воды через проницаемую подложку может быть обеспечена надежная работа лазерного отражателя. Такой способ охлаждения в настоящее время - единственный при малых размерах или сложной форме нагреваемых конструкций, в которых невозможно выполнить каналы для охладителя. Например, лопатки малых газовых турбин ракетных двигателей с максимальной толщиной профиля порядка 3 мм, хордой около 2 см и длиной от 1 до 2 см обычно не охлаждаются, что ограничивает температуру газового потока и эффективность таких турбин. Изготовление лопаток из волокнистого металла 1 (рис. 1.3), покрытого снаружи тонким герметичным слоем керамики 2 и охлаждаемого продольным потоком газа, вытекающего через вершину, позволяет снять эти ограничения.

Указанный метод интенсификации теплообмена послужил причиной того, что одновременно с развитием технологии изготовления пористых металлов было предложено большое количество конструкций разнообразных теплообменных устройств, в которых каналы или межтрубное пространство заполнены такими металлами.

Основные конструкции теплообменных устройств с использованием ПТЭ данного типа приведены на рис. 1.4.

На рис. 1.4а изображен теплообменник, в котором пористые поперечные матрицы 1 размещены как во внутренней, так и во внешней трубе. Эти вставки имеют одинаковую толщину и расположены в одной плоскости. ч 7

Рис. 1.2. ЖРД, стенка 1 горловины сопла которого охлаждается компонентом топлива, прокачиваемого сквозь проницаемую вставку

Рис. 1.3. Малогабаритная пористая лопатка газовой турбины:

1 - волокнистый металл; 2 - керамическая герметичная оболочка; I - сечение лопатки

Рис. 1.4. Схемы теплообменных устройств с пористыми высокотеплопроводными оболочками в каналах: 1 - матрица; 2,3 - подводящий и отводящий каналы; I - теплоноситель

Как видно из рис. 1.46, пористая матрица 1 заполняет зазор между стенками, образуя два диаметрально противоположных канала 3, 3 для продольного подвода и отвода теплоносителя I. Здесь реализуется его продольно- поперечное движение: продольное - в подводящем 2 и отводящем 3 каналах; поперечное - сквозь матрицу 1 в окружном направлении.

На рис. 1.4в пористая матрица 1 также заполняет пространство между двумя оболочками, но продольные подводящие 2 и отводящие 3 каналы расположены равномерно по окружности и примыкают к стенкам. Поперечное течение теплоносителя I сквозь матрицу осуществляется в радиальном направлении, что позволяет снизить затраты мощности на его прокачку. Интересно отметить, что здесь проницаемый каркас может передавать значительные механические усилия от внутренней трубы к внешней. Если внутренняя стенка является оболочкой твэла, то это позволяет полностью разгрузить ее от давления газообразных продуктов деления и изготовить предельно тонкой. Конструкцию, представленную на рис. 1.4в, можно использовать для охлаждения элементов, подверженных воздействию больших механических нагрузок, например, подшипников.

Для упрощения изготовления значительных по размерам устройств ПТЭ предложено собирать их из отдельных модулей. Последние состоят из трубы, окруженной слоем проницаемой матрицы, и имеют такой контур, что могут плотно монтироваться вместе в теплообменник желаемой формы.

Наиболыпе распространение для технологических С02-лазеров получили металлические зеркала с системами активного (вынужденного) охлаждения многоканального типа (рис. 1.5). Простейшие конструкции таких зеркал схематично показаны на рис. 1.6. Применяют сетчатые металлы и структуры в виде спеченных порошков, сеток, порометаллов и т.п. [1, 2, 3]

Поперечные размеры каналов в рассмотренных системах охлаждения могут быть от долей миллиметра до нескольких миллиметров в зависимости от мощности и назначения установки.

6. Схемы многоканальных систем охлаждения лазерных зеркал: а - трубчатая, б - щелевая, в - щеточная, г, д - вафельные с коридорным и шахматным расположением шипов, е - струйная

Литературный анализ показал, что работа по исследованию теплогид-равлических характеристик с различными типами пористых интенсификато-ров полностью не завершена. Основные работы по данному направлению ведутся с целью получения единых универсальных зависимостей для расчета теплоотдачи и гидравлического сопротивления в каналах с пористыми ин-тенсификаторами, а также универсальной взаимосвязи гидравлического сопротивления и теплоотдачи. Другим основным направлением является поиск оптимального способа применения пористых интенсифицирующих материалов, обеспечивающих максимальный уровень теплообмена при достаточно низком уровне гидравлического сопротивления.

Анализ литературы показал, что для уменьшения потерь давления в каналах с пористыми вставками могут применяться следующие способы:

- использование пористых вставок с переменной пористостью или удельной поверхностью;

- дискретная установка пористых вставок и межканальное движение теплоносителя;

- уменьшение сопротивления пористых вставок за счёт наличия в них отверстий различных форм и расположении;

- изменения структуры каркаса пористого образца;

- использование пористых вставок в качестве поверхностных слоев.

Однако на сегодняшний день изучен лишь небольшой класс из перечисленных способов уменьшения гидравлического сопротивления в каналах с пористыми вставками. Наиболее полно проведены исследования при межканальном движении теплоносителя. Имеются результаты первых опытов по исследованию уменьшения сопротивления пористых вставок за счёт наличия в них отверстий различных форм и расположении и использовании пористых вставок в качестве поверхностных слоёв.

На основании проведенного обзора работ по исследованию пористых интенсификаторов теплообмена можно наметить основную цель настоящей работы:

Достижение указанной цели достигается путем решения следующих основных задач:

1. Установление механизмов переноса и исследование гидравлического сопротивления и теплообмена в каналах с пористыми вставками различных конфигураций, обеспечивающих минимальный уровень гидропотерь при сохранении высокого уровня теплообмена.

2. Установление и математическое описание влияния основных режимных и конструктивных параметров на гидравлическое сопротивление, режимы течения и теплоотдачу. Получение и апробация обобщенных регрессионных соотношений.

3. Разработка методики выбора эффективного способа интенсификации теплообмена с помощью пористых вставок, конфигурации пористой вставки, характеризующихся максимальным значением энергетической эффективности.

Для достижения поставленных задач необходимо решить ряд следующих второстепенных задач:

1. Спроектировать, изготовить, смонтировать и отладить экспериментальный стенд по исследованию теплогидравлических характеристик каналов с пористыми элементами.

2. Разработать методику проведения экспериментов, измерений и обработки опытных данных.

3. Провести экспериментальные исследования теплогидравлических характеристик каналов с пористыми вставками различной конфигурации.

4. Провести расчеты по инженерной оптимизации параметров системы пористого конвективного охлаждения энергетической установки.

Все поставленные задачи работы были выполнены.

В ходе выполнения работы:

1. Получены новые экспериментальные данные по течению и теплообмену в каналах с пористыми интенсификаторами теплообмена из ВГ1ЯМ различной конфигурации, отличающиеся пониженным уровнем гидравлического сопротивления - поверхностные пористые слои, дискретная установка пористых вставок, полная и частичная межканальная транспирация;

2. Уточнены регрессионные уравнения для расчета средней теплоотдачи в каналах с вставками из ВПЯМ в виде поверхностных слоев, справедливые в диапазоне изменения определяющих параметров:

Яе = 103 - 2,5 -106, П = 0,83-0,97, с1п/Г) - 0,03-0,4, Рг-0,7-8, ^г =23-14800, Ь/Т) = 1-12.

3. Установлено, что использование частичной межканальной транспирации позволяет сохранить средний эффективный теплоотдачи в канале с пористыми вставками из ВПЯМ при уменьшении гидравлического сопротивления от 2 до 3 раз в зависимости от пористости вставок в исследованном диапазоне определяющих параметров;

4. Выявлена и математически описана закономерность затухания турбулентности за пористыми турбулизаторами из ВПЯМ пористостью 0,8 до 0,97 и диаметром пор от 0,6 до 4,0 мм при числах Рейнольдса Яе = 500040000.

5. Разработана методика расчета эффективных теплообменных элементов на основе ВПЯМ различной конфигурации.

Научная новизна полученных в работе результатов состоит в следующем:

- экспериментально исследованы параметры потока в каналах с вставками из высокопористого ячеистого материала различной конфигурации;

- экспериментально исследованы теплоотдача и гидросопротивление в каналах с пористыми интенсификаторами сложной конфигурации;

- установлено и математически описано влияние на теплоотдачу и гидросопротивление в каналах с пористыми поверхностными слоями и частичной межканальной транспирацией различных конструктивных и режимных параметров, получены соответствующие регрессионные соотношения;

- разработана и апробирована методика выбора и расчета наиболее энергоэффективной схемы пористого теплообменного элемента.

При этом достоверность научных результатов определяется:

- использованием измерительной техники с необходимыми метрологическими характеристиками и апробированных методик обработки и обобщения опытных данных;

- оценкой ожидаемой погрешности экспериментов;

- удовлетворительным согласованием результатов тестовых опытов и литературных данных.

Практическая ценность результатов -работы состоит в том, что разработанная в диссертационной работе методика расчета различных схем пористых теплообменных элементов (на основе высокопористого ячеистого материала), а также полученные экспериментальные данные по гидродинамике и теплоотдаче в каналах с различными пористыми вставками позволяют определять наиболее энергоэффективные схемы пористых теплообменных элементов и прогнозировать их теплогидравлические характеристики.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на 12-ом Межвузовском научно-практическом семинаре «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология» (Казань, 2000 г.), II Международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера» (Казань, 2001г.), Российском национальном симпозиуме по энергетике (Казань, 2001 г.):, XXVI Сибирском теплофизическом семинаре. (Новосибирск, 2002 г.) II и III школах-семинарах молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН В.Е.Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (Казань, 2000,

2002 г.), научно-технических семинарах группы «Интеграция», научно

14 технических семинарах кафедры «Теоретические основы теплотехники» КГТУ им.А.Н.Туполева. Материалы приняты для устного доклада на 3-ей Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2002г.).

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Работа выполнена на кафедре теоретических основ теплотехники Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева под руководством д.т.н., профессора Гортышова Ю.Ф.

Автор выражает глубокую благодарность руководителю, д.т.н., профессору Гортышову Ю.Ф., своему научному консультанту , к.т.н., доценту Попову И.А. и всему коллективу кафедры теоретических основ теплотехники Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева за поддержку и помощь при проведении работ.

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Аль-Мхериг Абдуссалам Мохамед

Результаты исследования течения в канале с таким расположением пористого образца представлено на рис.3.63 - 3.65.

Полученные результаты свидетельствуют, что ни длина покрытия, ни толщина поперечной перемычки не оказывают никакого видимого влияния на картину течения за пористой вставкой сложной конфигурации. Картина течения показана схематично на рис.5.66.а. Это говорит о том, что для обеспечения более сложного течения, характерного для межканальной транспирации необходимо не только устанавливать пористую перемычку, но и непроницаемую пластину (рис.5.67.б). Более подробно с целесообразность межканальной транспирации в каналах с ВПЯМ можно познакомиться в работах, выполненных под руководством д.т.н. Поляева В.М (МГТУ).

Течение, характерное для межканальной транспирации может быть достигнуто при устанО&ке пористой вставке в виде зигзага, как показано н рис.3.68.

Как показано в данном параграфе, существует множество способов эффективного уменьшения гидравлического сопротивления в каналах с пористыми вставками и турбулизаторами.

Тепловые характеристики каналов с рассмотренными типами установок интенсификаторов будут рассмотрены в разделе 4.

Основы методики выбора оптимального способа интенсификации теплообмена в каналах с пористыми вставками рассматриваются в разделе 5.

Картина течения, соответствующая расположению пористой вставки на рис.3.68 представлена на рис.3.69 и пояснена на рис.3.70.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ В КАНАЛАХ С ПОРИСТЫМИ ПРОНИЦАЕМЫМИ ВСТАВКАМИ РАЗЛИЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ

4.1. Результаты экспериментального исследования теплоотдачи и теплоотдачи в каналах с пористыми вставками и поверхностными слоями.

Расчетные рекомендации.

При обобщении экспериментальных данных по теплообмену в каналах с высокопористыми вставками, вследствие низкой эффективной теплопроводности каркаса и ослабления роли внутрипорового теплообмена, пользуются средним эффективным коэффициентом теплоотдачи на границе «пористый слой - непроницаемая стенка», определяемым по среднемассовой температуре потока: а =-—-, поскольку основной теплосъем происходит у стенок канала, в котором находится высокопористый элемент. Здесь Р - площадь поверхности раздела «пористый слой - непроницаемая стенка», Т№ и - средние температуры стенки и теплоносителя в канале с пористой вставкой, - тепловой поток, передаваемый в канале с пористой вставкой.

Результаты исследований средней эффективной теплоотдачи в каналах с цельнокаркасными вставками из ВПЯМ, не имеющими идеального контакта со стенками канала, описаны в работах зависимостью:

N11 = 0,35 Яе0'65 Рг°'4 (Рг/Ргш )014 П"5'6. (4.1)

Для средней эффективной теплоотдачи в каналах с цельнокаркасными вставками из ВПЯМ, имеющими идеальный контакт со стенками канала, получена зависимость зависимостью:

N11 = 4,3535Яе0'35 Рг0'4(Рг/Рг№)014П~8'5(А.м /Х{)°м. (4.2)

Здесь (XM\Xf) - отношение эффективных коэффициентов теплопроводности материала каркаса и теплоносителя.

Зависимости (4.1) и (4.2) получены в диапазоне изменения определяющих параметров:

Re = 103 -2,5 -106, G = 0,83-0,97, dn/D = 0,03-0,4,

Рг = 0,7-8, XJX{ =23-14800, L/D = l-12.

За характерный размер принят диаметр канала и за определяющую температуру - средняя температура потока.

Проведенные исследования по уменьшению гидравлического сопротивления в каналах с вставками из ВПЯМ при сохранении высокого уровня теплоотдачи посредством использования вместо цельнокаркасных вставок в виде поверхностных слоев (рис.4.1) показали высокую эффективность.данного использования пористых материалов.

В исследованиях использовались пористые вставки из ВПЯМ пористостью П = 0,84-0,96, диаметром пор dn = 0,8.4мм, диаметром и длиной D = 25,6мм, L = 140.300 мм. В экспериментах реализовались режимы теплообмена с постоянной температурой стенки канала Tw = const.

На рис. 1.31 и 1.32 приведены данные по гидравлическому сопротивлению и теплообмену в каналах, снабженных вставками в виде поверхностных слоев.

Эксперименты показали, что данное использование пористых вставок позволяет снизить гидросопротивление в 4-100 раз при уменьшении коэффициента теплоотдачи всего на 12-96% по сравнению с каналами с пористыми вставками, полностью перекрывающими поперечное сечение канала.

На основе анализа экспериментальных данных получена зависимость для расчета гидропотерь в каналах с вставками из ВПЯМ со сверлениями = 1 + 586,5 • F1'38 (1 - П). (4.3)

Ар

Обозначения см. в разделе 1.5.

Однако для описания средней эффективной теплоотдачи критериальные уравнения отсутствовали. В этих целях предлагается использовать уравнения (4.1) и (4.2) с введением поправки.

Поправка на изменение условий теплоотдачи в канале с вставками из ВПЯМ учитывает изменение механизмов переноса, описанных в главе 3, в связи с изменением картины течения в каналах с поверхностными пористыми слоями. Поправка имеет вид:

К = р0-271 (4.4)

Поправка (4.4) справедлива в в диапазоне Р= 0,22 - 1,0.

Введение поправки, например, в уравнения (4.1) позволяет описать все экспериментальные данные, представленные на рис.4.3 с точностью до ±20%.

4.2. Результаты экспериментального исследования теплоотдачи и теплоотдачи в каналах с пористой межканальной транспирацией.

Экспериментальные исследования теплоотдачи и гидросопротивления проводились для случая так называемой межканальной транспирации. В данном случае теплоноситель должен двигаться не вдоль оси канала, в котором установлена пористая вставка, а поперек или под некоторым углом, сокращая тем самым длину пути и как следствие - потери давления в канале. Это возможно путем организации в теле пористой вставки смежных пустот, позволяющих теплоносителю перетекать из одной в другую поперек канала.

Схема исследованных вставок в данной работе приведена на рис.4.2.

Картина течения теплоносителя в каналах с подобным расположением пористых вставок рассмотрена в разделе 3.

Рис.4.3. Характерное течение в канале с набором пористых вставок из ВПЯМ с глухими отверстиями.

В теплогидравлических опытах из вставок, показанных на рис.4.2., набирался целый пакет, устанавливаемый последовательно в канал. Схема течения в канале с пакетом пористых вставок с частичной межканалльной транспирацией показана на рис.4.3.

Видно, что часть потока движется вдоль оси потока, а часть потока движется перпендикулярно или под некоторым углом к оси канала, перетекая из пустоты в пустоту в теле пористой вставки. Именно последним и достигается межканальная транспирация.

Как показывает сравнительный анализ средней эффективной теплоотдачи в канале с пористыми вставками с глухими отверстиями (частичной межканальной транспирацией, рис.4.4) ее уровень не уменьшается во всем исследованном диапазоне конструктивных и режимных определяющих параметров.

При этом наблюдается резкое уменьшение гидравлического сопротивления в каналах с данными вставками сложной формы (рис.4.5. и табл.4.1). Гидравлическое сопротивление канала с пористыми вставками уменьшается от 2 дот 3 раз. Наблюдается зависимость уменьшения потерь давления от пористости П, например, при пористости 0,954 отношение Ар/ Ар0 = 0,50, при 0,899 - 0,47, а при 0,844 -0,31.

Так как в опытах не изменялись размеры каналов для перетекания теплоносителя, взаиморасположение отверстий и другие конструктивные параметры, то обобщения экспериментальных данных по гидравлическому сопротивлению не проводились. Полученные данные носят рекомендательный характер.

Для увеличения эффекта межканальной транспирации необходимо, согласно работам Поляева и Пелевина, установить непроницаемые перегородки, позволяющие исключить течение теплоносителя вдоль оси канала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения работы:

1. Получены новые экспериментальные данные по течению и теплообмену в каналах с пористыми интенсификаторами теплообмена из ВПЯМ различной конфигурации, отличающиеся пониженным уровнем гидравлического сопротивления - поверхностные пористые слои, дискретная установка пористых вставок, полная и частичная межканальная транспирация;

2. Уточнены регрессионные уравнения для расчета средней теплоотдачи в каналах с вставками из ВПЯМ в виде поверхностных слоев, справедливые в диапазоне изменения определяющих параметров:

Яе = 103 - 2,5 • 106, П = 0,83 - 0,97, = 0,03 - 0,4, Рг = 0,7 - 8, =23-14800, ЫТ> = 1-12.

3. Установлено, что использование частичной межканальной транспирации позволяет сохранить средний эффективный теплоотдачи в канале с пористыми вставками из ВПЯМ при уменьшении гидравлического сопротивления от 2 до 3 раз в зависимости от пористости вставок в исследованном диапазоне определяющих параметров;

4. Выявлена и математически описана закономерность затухания турбулентности за пористыми турбулизаторами из ВПЯМ пористостью 0,8 до 0,97 и диаметром пор от 0,6 до 4,0 мм при числах Рейнольдса Яе = 5000-40000.

5. Разработана методика расчета эффективных теплообменных элементов на основе ВПЯМ различной конфигурации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Аль-Мхериг Абдуссалам Мохамед, 2002 год

1. Аполлонов В.В., Быстров П.И., Гончаров В.Ф. и др.Перспективы использования пористых структур для охлаждения элементов силовой оптики.// Квантовая электроника, -1979, Т.6, №12, с.2533-2545.

2. Аполлонов В.В., Прохоров A.M., Хомич В.Ю., Христян Е.В. О возможности использования вапотронного охлаждения в силовой оптике.// Письма в )KTO,1978.T.4,N4.c.l74-175.

3. Аполлонов В.В, Моторин В.Н., Прохоров A.M., Харченко В. Н.и др. Разработка и исследовании тепловых труб для охлаждения и термостабилизации зеркал технологических лазеров.// тепломассобмен- ММФ. Секция Ю.Минск, 1988.с. 123-126.

4. Белов C.B. Пористые металлы в машиностроении М.: Машиностроение, 1981. -247с.

5. Аэров М.Э., Тодес О.М., Наринский Д.А. Аппараты с стационарным зернистым слоев. М.: химия, 1979.

6. Поляев В М., Маоров В.А., Васильев JI.JI. Гидродинамика и теплообмен в пористых элементов конструкций летательных аппаратов. М.: Машиностроение. 1988-168с.

7. Справочник по теплообменникам в 2-х Т./ ПЕР. С англ. Под ред. Б. С. Петухова и В. К. Шикова. М.:Энергоатомиздат. 1987, Т.1-560с.; Т.2-352С.

8. Гортышов Ю. Ф. Олимпиев В.В. Теплообменные аппараты. Казань: Изд-во Казанск.гос.техн.ун-та. 2000.

9. Анциферов В. Н., Храмцов В. Д., Питиримов О. М., Щукин А. Г. Свойства высокопористых металлов.// Порошковая металлургия. 1980. N 12, С. 20-24.

10. Гортышов Ю.Ф., Муравьев Г.Б., Надыров И.Н. Экспериментальное исследование течения и теплообмена в высокопористых структурах. // ИФЖ. 1987, т.5, N 3, С.357-361.

11. Кокорев Л. С. Субботин В. И., Федосеев В. Н. И др.// ТВТ. 1987. т. 25. N 1 С. 92.

12. Федесеев В. И., Суботин В. И., Хритонов В. В. И // Теплоэнергетика. 1987. N6. С. 61.

13. Джанский И. В., Соколов В. Н.// Теор. основны хим. Технологии. 1968. N5. С. 761.

14. Барабаш В. М., Бегачев В. И., Брагенский Л. Н. // Теор. Основы хим. Технологии. 1982. Т. 16. N6. С. 784

15. Поляев В. М., Майоров В. А., Васильев Л. Л. Гидродинамика и теплообмен в пористых элементах конструкций летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1988. 168 с.

16. Белов С. В. Пористые металлы в машиностроении. М.: Машиностроение, 1981. С. 191.

17. Джапбыев К., Миропольский 3. Л., Мальковский В. И.// Теплоэнергетика. 1986. N. С. 70.

18. Кошелев С. В., Плаксеев A.A., Харитонов В. В. // Теплоэнергетика. 1989 N4. С. 64.

19. Дыбан Е. П., Мазур А. И. Конвективный теплообмен при струйном обтекании тел. Киев. Наукова Думка. 1982.-303с.

20. Кошелев С. Б., Суботин В. И., Харитонов В. В. Составляющие теплопередачи пи струйном течения воды в ограниченном пространстве.// ТВТ. 1985. Т. 23, N3, с. 542-548.

21. Суботин В. И., Харитонов В.В. Теплофизика охлаждаемых лазерных зеркал (обзор).// ТВТ. 1991, t.29.N 2, С. 365-375.

22. Хаппель Дж., Бренер Г. Гидродинамика при малых числах рей-нольдсаМ.: Мир, 1976.-630с.

23. Крымасов В. И. Критерии подобия для теплоотдачи от шара к газу в шаровой засыпке.// Там же. С. 29-32.

24. Быстров П. И., Михайлов В. С. Гидродинамика коллекторных теп-лообменных аппаратов. М.: Энергоиздат. 1982. 224с.

25. Кузьмин Ю. А., Теряев А. В., Харитонов В. В. Теплоотдача ореб-ренной мишени при локальном нагревании мощным электронным пучком.// Изв! АНСССР. Энергетика и транспорт. 1991, N4, с. 144-151.

26. Буторская С. Н., Зейгарник Ю.А., Шиков В. К. Об интенсивности теплообмена в каналах с пористыми металлическими наполнителями. // Теплоэнергетика.

27. Мегерлин Ф. Е., Мэрфи Р.В., Берглес А. Е., Интенсификация теплообмена в трубах с помощью сетчатых и щеточных вставок.// Теплопередача, 1974, N2,с. 30-38.

28. Теплофизика и ядерно-энергетеческие установки. СБ. Научн. Трудов МИФИ./ Под ред. В. И. Субботин. М.:Энергоатомиздат. 1989.-158с.

29. Игнатенко О.И. Струля И. Л., Харитонов В. В. Расчетная оптимизация микроканальной системы охлаждения силовых лазерных зеркал./ ТВТ. 1993, Т. 31,п 1,С. 69-73.

30. Галкин М. И., Попов В. Г., Ярославцев Н. Л. Исследование и расчет гидравлических и тепловых характеристики охлаждаемых конструкций с ком планарными каналами.// Изв. Вузов. Машиностроение. 1985, N 3,с. 73-76.

31. Воскобойников В. В., Кошелков С. Б., Харитонов в. В. Теплообмен в пористом слое из пенометалла и со скрещенными микро каналами.// Тепломассообмен- ММФ. Минск. 1988. Секция 10, с. 10-12.

32. Орлин С. А., Песнов С. А., Пелевин Ф. В. Теплообмен и гидравлическое сопротивление в щелевых трактах с ком планарными каналами.// Изв. Вузов. Машиностроение. 1984, N 2, с. 78-81.

33. Савостин А. Ф., Тихонов А. М. Исследование характеристик пластинчатых поверхностей нагрева.// Теплоэнергетика. 1970, N 9, с, 75-78.

34. Харитонов В. В. Плаксеев А. А., Федосеев В. И. Влияние перемешивания на теплообмен в каналах с пористыми вставками.// ТВТ. 1987, т. 25,N 5, с. 954-961.

35. Плаксеев А. А., Федосеев В. Н., Харитонов В. В. Взаимосвязь теплоотдачи, интенсивности перемешивания теплоносителя и гидравлическогосопротивления в пористых средах.// Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1988. N6. с. 106-113.

36. Зайгарник В. В., Иванов Ф. П., Икрянников Н.П. Опытные данные по теплоотдаче гидравлическому сопротивлению в неупорядоченных пористых структурах.// Теплоэнергетика. 1991, N 2, с. 33-38.

37. Шанин Ю. И., Павлях А. В., Шанин О. И. Теплоотдача и гидравлическое сопротивление систем охлаждения с пруженными вставками.// Проблемы теплофизики в ядерной технике. М.: э нергоатомиздат. 1991. с. 66-71.

38. Белов С. В. Пористые металлы в машиностроении. М., 1981.

39. Гортышов Ю. Ф., Муравьев Г. Б., Надыров H. Н. Экспериментальное исследование течения и теплообмена в высокопористых структурах.

40. Нагога Г. П. Эффективные способы охлаждения лопаток высокотемпературных газовых турбин : Учебное пособие. М.: Изд-во МАИ, 1996. -100с.: ил.

41. Научные основы технологии XXI века. Под общ. Ред. Леонтыва А. И., Пимогина И. Н., Полежаева Ю. В., Поляева В. M.- М.; УНПУ Энергомаш; 2000. 136с.

42. Попов И. А. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Казань: КАИ, 1994 г. 18 с.

43. Vafai, К, and Thiyagaraja, R. Analysis of flow and heat transfer t the interface région of a porous médium. Int. J. Heat Mass Transfer. 1987, V.30, N7, pp 1391-1405.