Узбекистан академия наук республики узбекистан

 
 
 
 
 
(3)
 
Здесь 
𝑎 − 
характерный линейный размер турбулентного ядра, равный для 
цилиндрического канала - r -
𝛿
п
для щелевого канала – половине ширины щели – h -
𝛿
п
где 
𝛿
п
−
размер псевдоламинарного пограничного слоя. Обозначая через
𝑇
𝑒
– отношение двух 
критериев, характеризующих преобладание одной части всего потока, тем самым 
интенсивность турбулентности потока получено уравнения расчета степени 
турбулентности: 
𝑇
𝑒
= 0,0046𝑅
𝑒
(4) 
Полученное выражение показывает, что для увеличения интенсивности 
турбулентного движения требуется значительно увеличить число 
𝑅
𝑒
, что несомненно 
отразится на росте гидродинамического сопротивления.
Таким образом, для значительной интенсификации конвективного теплообмена 
необходимо применение методов искусственной турбулизации пограничного слоя. Чем 
меньше значение числа 
𝑅
𝑒
, при котором будет достигнута «устойчивая» турбулизация 
пограничного слоя, тем больше возрастут возможности интенсификации конвективного 
теплообмена путем увеличения скорости газового потока и тем эффективнее будет 
интенсификация теплообмена – по линии снижения гидравлических потерь в канале. 
Следовательно, для увеличения эффективности теплообмена необходима установка 
искусственных турбулизаторов, которые могут быть размещены в пределах пограничного 
слоя, развивающегося на стенках канала. Искусственные турбулизаторы имеют различную 
форму и устанавливаются на строго определенном расстоянии друг от друга. Исследованию 
эффективности интенсификации теплообмена посвящены следующие экспериментальные 
работы [8], и получены важные закономерности интенсификации теплообмена в результате 
приведенного исследования [9]. Кроме того, в указанных работах для оценки 
интенсификации теплообмена рекомендовано также известное соотношение 
𝑁𝑢/𝑁𝑢
0
, где 
𝑁𝑢, 𝑁𝑢
0
−
критерии Нуссельта для теплообменной поверхности с искусственными 
турбулизаторами и гладкой поверхностью. 
В выводах этих исследовательских работ подчеркивается, что на эффективность 
интенсификации теплообмена влияют числа Re и Pr. Помимо того, механизм теплообмена 
в условиях интенсификации теплообмена т.е. в условиях искусственной турбулизации не 
может объяснен с позиции гидродинамической теории теплообмена, так как происходит 
нарушение соотношения

---

267 
𝑆𝑡 = 𝐶
𝑓
/2
(5) 
Здесь 
𝑆𝑡 −
число Стентона, 
𝐶
𝑓
−
коэффициент трения воздушного потока о стенки 
канала ввиду того, что искусственные турбулизаторы способны создавать различные 
эффекты интенсификации теплообмена в зависимости от величины чисел Re. 
На 
основе 
гидродинамической 
теории 
теплообмена 
проводились 
экспериментальные опыты при нагревании газов, воды и водоглицериновой смеси, при 
стабильной плотности теплового потока 
𝑞
ст
= 10
3
− 210
5
вт/м
2
в трубках из нержавеющей 
стали диаметром 10,6/9,6 мм, длина обогреваемого участка была равна 110 калибров. 
Искусственные турбулизаторы образовывались на внутренних стенках трубы в результате 
периодической обкатки трубы роликами и представляли собой кольцевые диафрагмы с 
размерами d/D = 0,985 – 0,875. Эксперименты показали, что величина 
𝑁𝑢
𝑁𝑢
0
−
характеризующая эффективность интенсификации теплообмена зависит от числа 
Рейнольдса, причем для каждой определенной высоты турбулизаторов существует граница 
чисел Рейнольдса 
𝑅𝑒
∗
, выше которой увеличение теплообмена по сравнению с гладкой 
трубой остается постоянным и не зависит от числа Рейнольдса. Из результатов 
экспериментов следует, что число Рейнольдса достаточно сильно влияет на эффективность 
теплообмена, причем степень воздействия в разных областях наблюдается по-разному.
На патенте изобретение [10] предлагается теплообменная труба с дискретной 
шероховатостью, которая омывается воздухом. На рисунке 1 показана схема обтекания 
выступа и канавки: канавки являются не только генераторами турбулентности, но и 
периодически способствуют срыву развивающегося турбулентного пограничного слоя. 
Опытами доказана высокая эффективность трубы с дискретной шероховатостью при 
следующих геометрических размерах выступа h/D=0,1,(t-l)/h=1 при l/h 
∠
3-5. D – 
внутренний диаметр теплообменной трубы мм. Предлагаемая теплообменная труба имеет 
максимальную теплоотдачу, достигающую 
𝑁𝑢
̅̅̅̅
=4
𝑁𝑢
𝑁𝑢
гл
= 𝑁𝑢
̅̅̅̅
. При Re =1200 
энергетический коэффициент Е=
𝑁𝑢/𝜉̅
, где
𝜉̅ = 𝜉/𝜉
гл
достигает также максимального 
значения. 
 
Также выявлено, что существует определенное число Рейнольдса Re
кр
, ниже 
которого искусственные турбулизаторы не способствуют увеличению теплообмена, т.е. в 
этих условиях турбулизаторы не создают вихревых областей и между ними образуются 
застойные зоны. Указанные зоны создают дополнительное термическое сопротивление 
малоподвижной прослойки газа или жидкости. При Re ≥ Re
кр 
наблюдается наибольший 
рост 
𝑁𝑢
𝑁𝑢
0
− 
эффективности теплообмена с увеличением числа Рейнольдса. В этом случае 
искусственные турбулизаторы активно воздействуют на поток воздуха, турбулизируя 
пристенные слои жидкости. Результаты экспериментов также указывают на то, что 
эффективность теплообмена максимальна, когда величина 
𝑅𝑒
∗
соответствует случаю, когда 
высота турбулизаторов равна толщине слоя газа или жидкости в которых срабатывается 
99% от полного температурного напора. Получена формула расчета числа 
𝑅𝑒
∗
𝑅
𝑒
∗
= 3150(1 −
𝑑
𝐷
)
1,14
𝑃
𝑟
0,57