Авторы

Анализ данных об интенсивности теплоотдачи в теплообменниках с пластинчатыми ребрами

DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-1-13-20
УДК 621.565

Анализ данных об интенсивности теплоотдачи в теплообменниках с пластинчатыми ребрами

Кошелев С. В., Ейдеюс А. И.

Ссылка для цитирования: Кошелев С.В., Ейдеюс А.И. Анализ данных об интенсивности теплоотдачи в теплообменниках с пластинчатыми ребрами // Вестник Международной академии холода. 2024. № 1. С. 13-20. DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-1-13-20 [Koshelev S.V., Eideyus A.I. Heat transfer intensity of heat exchangers with plate fins. Journal of International Academy of Refrigeration. 2024. No 1. p. 13-20. DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-1-13-20]

Аннотация
Выполненные из круглых труб и плоских сплошных ребер теплообменники (ТО) предпочтительны для работы в условиях образования инея, влаги или загрязнений на наружной поверхности. Они отличаются многообразием конструктивных и режимных параметров. Для проектирования, подбора и анализа характеристик подобных ТО необходимы достоверные данные об интенсивности теплоотдачи. При подготовке настоящей статьи сделан обзор существующих подходов к определению интенсивности наружной теплоотдачи, собраны доступные экспериментальные данные с указанием условий проведения опытов, рассмотрены часто цитируемые методики расчета показателей интенсивности теплоотдачи, выполнены расчеты чисел Нуссельта по разным методикам при исходных данных, приведенных в источниках с опытными данными. Чтобы объединить больше опытных данных, рассматривались процессы при сухом теплообмене. Из опытных данных по исследованию теплоотдачи при образовании конденсата или слоя инея выбирались лишь процессы с коэффициентом влаговыпадения не выше единицы. В связи с тем, что ни одна методика не показала хорошего совпадения расчетных данных с экспериментальными в широком диапазоне конструктивных и режимных параметров ТО, выполнен регрессионный анализ опытных данных во всём их диапазоне. Приемлемые показатели точности аппроксимации обеспечивают пять уравнений регрессии с числом влияющих переменных от 3 до 7. Для каждого из них приводятся конкретные выражения и показатели степени. Отмечена необходимость дальнейшего совершенствования методик расчета и накопления опытных данных о теплоотдаче при разнообразных сочетаниях параметров ТО.

Ключевые слова: теплообменники, плоские ребра, наружная теплоотдача, сравнение методик расчета, обобщение опытных данных.

Список литературы

1. Huang J.-M., et al.The effects of frost thickness on the heat transfer of finned tube heat exchanger subject to the combined influence of fan types.Applied Thermal Engineering.2008. No 28 P. 728-737.

2. Aljuwayhel N. F. Numerical and Experimental Study of the Influence of Frost Formation and Defrosting on the Performance of Industrial Evaporator Coils. University of Wisconsin-Madison. 288p. 2006.

3. Королев И.А.Исследование камерного воздухоохладителя с учетом динамики образования инея на теплообменной поверхности аппарата. Диссертациянасоисканиеученойстепениканд. техн. наук. Москва. 2020. 233 с. [Korolev I.A. Investigation of a chamber air cooler taking into account the dynamics of frost formation on the heat exchange surface of the apparatus. Dissertation for the degree of Ph.D. in Technology. Moscow 2020. 233 p. (in Russian)]

4. Kays W.M., London A.L. Compact Heat Exchangers. 2nd ed. McGraw-Hill. San Francisko, 1964. 216 p.

5. Интенсификация теплообмена в испарителях холодильных машин. Под ред. А.А. Гоголина. М.: Лeгкаяипищеваяпром-ть. 1982. 224 с. [Intensification of heat transfer in the evaporators of refrigeration machines. Ed. A.A. Gogolin. Moscow, Light and food industry. 1982. (in Russian)]

6. Теплообменные аппараты холодильных установок / Г.Н. Данилова и др. Л. Машиностроение, 1986. 303 с. [Heat exchangers of refrigeration units / G.N. Danilova and others. L.: Mashinostroenie, 1986. 303 p. (in Russian)]

7. Taylor C.Measurement of finned-tube heat exchanger performance.A thesis presented to the academic faculty.Georgia Institute of Technology December 2004. 124p.

8. Kayansayan N. Heat transfer characterization of plate fin-tube heat exchangers. Rev. Int. Froid. 1994. Vol. 17. No. 1. P. 49-57.

9. Wang C.-C. et al. Sensible heat and friction characteristics of plate fin-and-tube heat exchangers having plane fins. Int J. Refrig. 1996. Vol. 19, No. 4, P. 223-230.

10. J.R. Barbosa et al. A study of the air-side heat transfer and pressure drop characteristics of tube-fin ‘no-frost’ evaporators. Applied Energy. 2009. №86.P. 1484–1491.

11. Wang C.-C. et al. Performance of plate finned tube heat exchangers under dehumidifying conditions. Journal of Heat Transfer.1997. Vol. 11. P. 109-117.

12. Wang C.-C., Chang C.-T.Heat and mass transfer for plate fin-and-tube heat exchangers, with and without hydrophilic coating. Int. J. Heat Mass Transfer. 1998. No 41. P. 3109-3120.

13. Kim N.H. et al. Air-side heat transfer and friction correlations for plain fin-and-tube heat exchangers with staggered tube arrangements. Journal of Heat Transfer. 1999. Vol. 121. P. 662-667.

14. Wang C.-C. et al.Heat transfer and friction characteristics of plain fin-and-tube heat exchangers, part II: Correlation. Int. J. Heat Mass Transfer. 2000. №43 P. 2693-2700.

15. Kim Y., Kim Y. Heat transfer characteristics of flat plate finned-tube heat exchangers with large fin pitch. Int. J. Refrigeration. 2005. no 28. P. 851-858.

16. Wang C.-C. et al. An airside correlation for plain fin-and-tube heat exchangers in wet conditions. Int. J. Heat Mass Transfer. 2000. №43. P. 1869-1872.

17. Lee T. H., Lee J. S., et al. Comparison of air-side heat transfer coefficients of several types of evaporators of household freezer/refrigerators. International Refrigeration and Air Conditioning Conference. 2002. P. 611.

18. McQuiston, Faye C. Heating, ventilating, and air conditioning: analysis and design / Faye C. McQuiston, Jerald D. Parker, Jeffrey D. Spitler. 6th ed. 623p.

19. Xie G. et al. Parametric study and multiple correlations on air-side heat transfer and friction characteristics of fin-and-tube heat exchangers with large number of large-diameter tube rows. Applied Thermal Engineering. 2009. No 29. P. 1-16.

20. Wang L.B., Zeng M. et al. Air-side heat transfer and friction characteristics of fin-and-tube heat exchangers with various fin types. WIT Transactions on State of the Art in Science and Engineering. 2013. Vol. 63. P. 1755-8336.

21. Naji Z.H., Ibrahim K. Molding and testing of frost growth on law temperature display case evaporator. International Journal of Engineering Research & Technology. 2015. Vol. 4. Issue 7.

22. Frass F.Principles of Finned-Tube Heat Exchanger Design for Enhanced Heat Transfer - 2^nd ed. Institute for Thermodynamics and Energy Conversion, Vienna University of Technology. Vienna, Austria. 152 p.

23. Pirompugd W. et al. Finite circular fin method for heat and mass transfer characteristics for plain fin-and-tube heat exchangers under fully and partially wet surface conditions// Int. J. Heat Mass Transfer. 2007. No 50. P. 552-565.

24. Liu Y.-C. et al. Airside performance of fin-and-tube heat exchangers in dehumidifying conditions – Data with larger diameter // Int. J. Heat Mass Transfer. 2010. №53.P. 1603–1608.

25. Емельянов А.Л., Кожевникова Е.В.Методика расчeта теплообмена при движении воздуха в поверхностных воздухоохладителях// Вестник Международной академии холода. 2014. № 5. [Emelyanov A.L., Kozhevnikova E.V. Method for calculating heat transfer during air movement in surface air coolers. Bulletin of the International Academy of Refrigeration. 2014. No. 5. (in Russian)]

26. Kang H.J. et al. Experimental study on heat transfer and pressure drop characteristics of four types. J. of Thermal Science. 1994. Vol. 3. No 1. P. 34-42.

27. Yan W.-M., Sheen P.-J.Heat transfer and friction characteristics of fin-and-tube heat exchangers. Int. J. Heat Mass Transfer. 2000. No 43. P. 1651-1659.

28. VDI Heat Atlas, part M. Berlin, 2010. P. 1273-1277.

29. Явнель Б.К.Исследование влияния инея на теплопередачу в воздухоохладителях. Диссертациянасоисканиеученойстепениканд. техн. наук. Москва. 1969. 118 с.[Yavnel B.K. Study of the effect of frost on heat transfer in air coolers. Dissertation for the degree of Ph.D. in Technology. Moscow. 1969. 118 p. (in Russian)]

30. Иоффе Д.М.Тепловой расчет и вопросы оптимизации воздушных конденсаторов. Совершенствованиемалыххолодильныхмашин. М.: ВНИХИ, 1976. С. 49-54. [Ioffe D.M. Thermal calculation and optimization issues of air condensers. Improvement of small refrigeration machines. M.: VNIHI, 1976. P. 49-54. (in Russian)]