О РАСЧЕТЕ КОНВЕКТИВНОЙ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ СТРУИ С ОГРАНИЧИВАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

. Предложена методика расчета конвективной теплоотдачи при взаимодействии одиночной круглой струи с плоской поверхностью. Показаны отличия данной методики от существующих в настоящее время. Введены понятия «энергодинамический потенциал потока» и «энергодинамическая мощность потока», позволяющие определить интенсивность конвективной теплоотдачи на границе «газ – твердое тело». Даны отличия предложенных определений от уже существующих: плотности теплового потока и теплового потока. Принципиальное отличие плотности теплового потока q и энергодинамического потенциала q_э заключается в следующем: величина плотности теплового потока q для задач конвективной теплоотдачи означает количество теплоты, которое переносится от жидкости к твердой поверхности (или наоборот) за единицу времени через единицу площади поверхности теплообмена. Таким образом, величина q характеризует интенсивность процесса конвективной теплоотдачи на границе раздела фаз. Энергодинамический потенциал q_э характеризует свойство потока как источника или носителя теплоты. Величина q_э характеризует удельную энергетическую мощность потока жидкости. При расчете теплообмена предложено разделять струю при взаимодействии ее с плоской поверхностью на две части: до взаимодействия – струйная часть, после – веерный поток. Методика расчета конвективной теплоотдачи при струйном нагреве, в которой определяющим является критерий Рейнольдса, рассчитанный по характеристикам газа на выходе из сопла, является не совсем корректной. Предлагается использовать критерии, характерные для веерного потока. Данными величинами для веерного потока являются начальная средняя скорость веерного потока U_вп, расстояние от критической точки струи (точка пересечения вертикальной оси струи с поверхностью) до текущей координаты радиуса вниз по течению. Для оценки изменения основных характеристик свободной струи при различных расстояниях от среза сопла до ограничивающей поверхности представлены зависимости: коэффициента расширения струи; коэффициента инжекции струи; коэффициента скорости для любого сечения струи; коэффициента скорости для любого сечения струи, кроме h/d₀ = 0; отношения критериев Рейнольдса, подтверждающие необходимость проведения расчетов теплообмена по величинам, характерным отдельно для веерного потока.

1. Асцатуров В.Н., Краснокутский П.Г. Исследование теплообмена при струйном нагреве заготовок // Изв. вуз. Черная металлургия. 1978. № 1. С. 56 – 58.

2. Асцатуров В.Н., Берковская П.С., Краснокутский П.Г. Исследование нагрева металла атакующими струями при разработке многорядных печей // Сб. научн. тр. ВНИИПИТеплопроект: печи и сушила в машиностроительной промышленности. 1978. Вып. 45. С. 3 – 10.

3. Вохмяков А.М., Казяев М.Д., Казяев Д.М. Исследование конвективного теплообмена в проходной печи, оснащенной скоростными горелками // Цветные металлы. 2011. № 12. С. 89 – 93.

4. Прибытков И.А. Энергосберегающие способы нагрева металла на основе использования струй // Сб. научн. тр. конф.: «Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии». – М.: МИСиС, 2002. С. 375 – 390.

5. Тимошпольский В.И., Трусова И.А., Ратников П.Э. Возмож ности применения струйного нагрева металла перед прокаткой // Литье и металлургия. 2007. № 2. C. 63 – 66.

6. Юдаев Б.Н., Михайлов М.С., Савин В.К. Теплообмен при взаимодействии струй с преградами. – М.: Машиностроение, 1977. – 247 с.

7. Lisienko V.G., Shleimovich E.M. Improving the thermal characteristics of furnaces and the operating conditions of the lining by improving direct-flame-impingement methods for intensifying the heating of metal // Refractories and Industrial Ceramics. 2013. Vol. 54. No. 3. P. 188 – 195.

8. Бирюков А.Б, Гнитиев П.А. Интенсификация конвективного теплообмена в нагревательных и термических печах // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2017. № 3. C. 105 – 112.

9. Прибытков И.А., Титова Г.В. Особенности струйного нагрева термически тонкого металла // Изв. вуз. Черная металлургия. 1993. № 9 – 10. С. 51 – 54.

10. Прибытков И. А. Расчет теплового состояния металла при импульсно-скоростном нагреве // Изв. вуз. Черная металлургия. 1995. № 1. С. 53 – 56.

11. Курносов В.В., Шульц Л.А. Проблемы безокислительного необезуглероживающего высокотемпературного нагрева стали в топливных печах и возможные пути их решения // Изв. вуз. Черная металлургия. 2012. № 11. C. 10 – 14.

12. Асцатуров В.Н. Интенсификация тепловой работы нагревательных печей // Сб. научн. тр. конф.: «Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии». – М.: МИСиС, 2002. C. 36 – 40.

13. Leprevost J.-C., Lefèvre A., Brancher, J.-P., Saatdjian Estéban. Chao tic mixing and heat transfer in a periodic 2D flow // Comptes Rendus de l'Academie de Sciences. Serie IIb: Mecanique, Physique, Chimie, Astronomie. 1997. Vol. 325. P. 519 – 526.

14. Crow S.C., Champagne F.H. Orderly structure in jet turbulence // Journal of Fluid Mechanics. 1971. Vol. 48. P. 547 – 591.

15. Гусовский В.Л., Лифшиц А.Е. Методика расчета нагревательных и термических печей: Учебно-справочное издание. – М.: Теплотехник, 2004. – 400 с.

16. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. – М.: Наука, 1984. – 716 с.

17. Michalke A. On spatially growing disturbances in an inviscid shear layer // J. Fluid Mechanics. 1965. Vol. 23. Part 3. P. 521 – 544.

18. Liepmann D., Gharib M. The role of streamwise vorticity in the nearfield entrainment of round jets // J. Fluid Mechanics. 1992. Vol. 245. P. 643 – 68.

19. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. T. 1: Учеб. руководство для втузов. – М.: Наука, 1991. – 600 с.

20. Кривандин В.А., Арутюнов В.А, Белоусов В.В. Теплотехника металлургического производства. Т. 1. – М.: МИСИС, 2001. – 608 с.