ЛОКАЛЬНЫЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ЛУЧИСТОГО  ТЕПЛООБМЕНА  В  КОЛЬЦЕВОМ  КАНАЛЕ  ТЕПЛООБМЕННИКА

Шевченко  Сергей  Николаевич

канд.  техн.  наук,  доцент,  Балтийская  государственная  академия  рыбопромыслового  флота,  РФ,  г.  Калининград

E -mail:  shevchenko_s@baltnet.ru

Шинкарева  Нина  Владимировна

канд.  физ.-мат.  наук,  доцент  Балтийский  военно-морской  институт,  РФ,  г.  Калининград

Гузнаева  Ольга  Геннадьевна

канд.  пед.  наук,  доцент  Балтийский  военно-морской  институт,  РФ,  г.  Калининград

CHARACTER   OF  CHANGES  RADIANT  FLUX  ON  WALL  HEAT  EXCHANGER  INSIDE  THE  ANNULAR  CHANNEL  WITH  THE  PRESENCE  OF  A  PERFORATED  SCREEN

Sergey  Shevchenko

PhD,  Associate  Professor,  Federal  state  budgetary  educational  institution  of  professional  education  «Baltic  state  academy  of  the  fishing  fleet» ,  Russia  Kaliningrad

Nina  Shinkareva

PhD,  Associate  Professor,  Baltic  Naval  Institute,  Russia  Kaliningrad

Olga  Guznaeva

PhD,  Associate  Professor,  Baltic  Naval  Institute,  Russia  Kaliningrad

АННОТАЦИЯ

Рассмотрена  задача  об  определении  локальных  разрешающих  угловых  коэффициентов  излучения  в  кольцевом  канале  теплообменника.  На  основании  известных  уравнений  для  средних  и  локальных  угловых  коэффициентов  получены  аналитические  выражения  для  локальных  разрешающих  угловых  коэффициентов  излучения,  определяющих  плотность  результирующего  лучистого  потока  на  внутреннюю  поверхность  наружного  цилиндра  теплообменника.

ABSTRACT

Consider  the  problem  of  determining  the  local  resolving  configuration  factor  in  the  annular  channel  of  the  heat  exchanger.  On  the  basis  of  the  known  equations  for  the  view  factor  and  local  configuration  factor  expressions  are  obtained  analytical  expressions  for  local  resolving  configuration  factor  determining  the  resulting  radiation  flux  density  on  the  inner  surface  of  the  outer  cylinder  heat  exchanger.

Ключевые  слова:  разрешающий  угловой  коэффициент  излучения;  средний  угловой  коэффициент  излучения;  результирующее  излучение;  плотность  потока  излучения;  результирующее  излучение;  теплообменник;  перенос  излучения

Keywords:  resolving  configuration  factor;  view  factor;  net  radiation;  radiation  flux;  heat  exchanger;  radiative  transfer.

Определение  и  расчет  характеристик  излучения  представляет  важную  задачу  теории  лучистого  теплообмена  и  ее  практических  приложений.  Сложность  расчета  таких  характеристик  составляет  одну  из  проблем  решения  задач  теплообмена.

Одним  из  инженерных  методов  расчета  результирующих  потоков  излучения  является  метод  Суринова  Ю.А.  [2],  основанный  на  приближенном  решении  интегральных  уравнений  теории  переноса  излучения  и  лучистого  теплообмена.  Данный  метод  достаточно  успешно  используется  в  современных  исследованиях  [1].

Особая  ценность  этого  метода  заключается  в  том,  что  наряду  с  осредненными  характеристиками  по  зонам,  анализ  радиационного  теплообмена  можно  производить  для  локальных  точек  поверхностей,  участвующих  в  теплообмене.  Известно  [3],  что  локальные  плотности  лучистых  потоков  определяются  как

где:  ,  а  локальные  разрешающие  угловые  коэффициенты  излучения    вычисляются  по  формулам

,

где:  ;  i,  k  =  1,  2,  …  ,  n.

Наибольшую  трудность  при  проведении  анализа  представляет  вывод  аналитических  выражений  для  локальных  разрешающих  угловых  коэффициентов  излучения,  которые  являются  функциями  как  средних,  так  и  локальных  угловых  коэффициентов  излучения.

Рассмотрим  схему,  изображенную  на  рисунке  1. 

Для  произвольной  точки,  находящейся  на  внутренней  поверхности  цилиндра  (зона  1)  с  учетом  Е₁₁  =  0,  имеем

Рисунок  1.  Схема  кольцевого  канала  с  расположением  зон

Таким  образом,  необходимо  получить  выражения  для  трех  локальных  разрешающих  угловых  коэффициентов  излучения  ,  ,  .  Решение  системы  производилось  методом  Гаусса,  в  результате  чего  были  получены  аналитические  выражения  для  указанных  коэффициентов.

Введем  обозначения:  А12  =  -  R₂j₂₁;  А13  =  -  R₃j₃₁;  А14  =  -  R₄j₄₁;  B1=  j(M₁,  F₁);  А22  =  R₁R₂  j₁₂j₂₁  -  1;  А23  =  R₃(R₁  j₁₂j₃₁  -  j₃₂);  А24  =  R₁(R₁  j₁₂j₄₁  -  j₃₂);  B2=  =  -  R₁j₁₂j(M₁,  F₁)  -  j(M₁,  F₁)  -  j(M₁,  F₂);  C1  =  R₁j₁₃j₃₁;  C2  =  R₁j₁₃j₄₁;  C3  =  R₁j₁₃  +  R₂j₂₃;  C5  =  -  B2;  C6  =  R₁j₁₂j₃₁  -  j₃₂;  C7  =  R₁j₁₃j(M₁,  F₂);  ;  ;  ;  ;;  ;  ;;  ;  ;  ;  .

Здесь  средний  угловой  коэффициент  j₁₁  равен  [5]

где:  ;  .

Средний  угловой  коэффициент  излучения  с  внутренней  боковой  поверхности  цилиндра  на  кольцевом  основании  определяется  по  формуле  [7]

где:  ;  ;  ;  .

Угловой  коэффициент  j₁₄  определяется  как  ,  где  j₄₁  получен  в  [4]

где:  ;  ;  ;  .

Угловой  коэффициент  между  кольцевыми  основаниями    [8]

,

где:  ;  .  Соответственно,    и  ,  где  j₄₂  [8]  равен

где:  ;  ;  ;  .

Соответственно,  локальные  угловые  коэффициенты  излучения  [6]

где:  ;  ;  ;  ;  .

где:  ;  ;  ;  ;  .

  ,

где:  ;  ;  ;  ;  ;  ;  .

Тогда,  учитывая  обозначения,  локальные  разрешающие  угловые  коэффициенты  имеют  вид

;

;

.

Полученные  соотношения  позволяют  производить  расчет  локальных  лучистых  характеристик  на  внутреннюю  поверхность  наружного  цилиндра  теплообменника  типа  «труба  в  трубе».

Список  литературы:

1.Кулешов  О.Ю.  Совершенствование  методов  расчета  режимов  работы  и  конструкций  промышленных  печей  на  основе  моделирования  зонального  и  локального  сопряженного  теплообмена.  Автореферат  докт.  диссертации.  Саратов.  2012,  —  40  С.

2.Суринов  Ю.А.  Применение  и  развитие  нового  метода  определения  и  расчета  локальных  характеристик  излучения.  /Известия  АН  СССР.  Энергетика  и  транспорт.  —  1967,  —  №  2,  —  с.  150—169.

3.Суринов  Ю.А.  Об  итерационно-зональном  методе  исследования  и  расчета  локальных  характеристик  лучистого  теплообмена.  /Известия  СО  АН  СССР,  —  1971,  —  №  13,  —  вып.  3,  —  с.  28—36.

4.Alexandrov  V.T.  Determination  of  the  angular  radiation  coefficients  for  a  system  of  two  coaxial  cylindrical  bodies./  Inzh.  Fiz.  Zh.,  —  1965,  —  vol.  8,  —  №  5,  —  pp.  609—612.

5.Brockmann  H.  Analytic  angle  factors  for  the  radiant  interchange  among  the  surface  elements  of  two  concentric  cylinders.  /  Int.  J.  Heat  Mass  Transfer,  —  1994,  —  vol.  37,  —  №  7,  —  pp.  1095—1100. 

6.Leuenberger  H.  Person  R.A.  Compilation  of  radiation  shape  factors  for  cylindrical  assemblies.  ASME,  1956,  November,  paper  №  56-A-144.

7.Modest  M.F.  Radiative  shape  factors  between  differential  ring  elements  in  concentric  axisymmetric  bodies./  J.  Thermophys.  Heat  Trans.,  —  1988,  —  vol.  2,  —  №  1,  —  pp.  86—88.

8.Sparrow  E.M.,  Miller  G.B.,  Jonsson  V.K.  Radiative  effectiveness  of  annular-  finned  space  radiators,  including  mutual  irradiation  between  radiator  elements  /  J.  Aerospace  Sci.,  —  1962,  —  vol.  29,  —  №  11,  —  pp.  1291—1299.