vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-2430-2021-57-1-108-118vestifm-572Research ArticleФИЗИКАPHYSICSАэродинамическое сопротивление при малых числах Рейнольдса и методика расчета скорости воздуха в одно- и многорядных оребренных пучках с вытяжной шахтойАerodynamic drag at small Reynolds numbers and the method of calculation of the air velocity in one- and many-row finned beams with an exhaust shaftМаршаловаГ. С.MarshalovaG. S.

Маршалова Галина Сергеевна – кандидат технических наук

ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск

Galina S. Marshalova – Ph. D. (Engineering)

13a, Sverdlova Str., 220030, Minsk

galiana.sidorik@gmail.comСухоцкийА. Б.SukhotskiiА. В.

Сухоцкий Альберт Борисович – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры энергосбережения, гидравлики и теплотехники

ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск

Albert B. Sukhotskii – Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Assistant Professor of the Department of Energy Saving, Hydraulics and Heat Engineering

13a, Sverdlova Str., 220006, Minsk

alk2905@mail.ruБелорусский государственный технологический университетBelarusian State Technological University202101042021571108118Copyright © Маршалова Г.С., Сухоцкий А.Б., 20212021Маршалова Г.С., Сухоцкий А.Б.Marshalova G.S., Sukhotskii А.В.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/572

Перспективным способом повышения энергетической эффективности эксплуатации воздухоохлаждаемых теплообменников является периодическое отключение вентиляторов при определенных температурах окружающего воздуха при постоянной тепловой мощности. Дополнительное оснащение данных теплообменных аппаратов устройствами, увеличивающими тягу (например, вытяжной шахтой), способствует интенсификации теплоотдачи за счет усиления свободного движения воздуха подъемными силами. При этом теплообменник переходит в режим смешанной конвекции. При проведении расчета воздухоохлаждаемых теплообменников с вытяжной шахтой необходимо наличие данных по аэродинамическому сопротивлению трубных пучков при малых числах Рейнольдса (Re < 1000), которые позволят вычислить скорость течения воздуха в пучке. Однако в настоящее время исследования аэродинамического сопротивления при смешанной конвекции практически отсутствуют. Также существует необходимость учета влияния внешних воздушных потоков на гравитационную тягу, создаваемую шахтой, так как воздухоохлаждаемые теплообменники предназначены для работы вне помещений. По результатам проведенных экспериментальных исследований получено представление о массообменных процессах в оребренном пучке и вытяжной шахте, разработана методика расчета скорости воздуха в одно- и многорядных оребренных пучках с вытяжной шахтой и определено их аэродинамическое сопротивление при малых числах Рейнольдса. Также выявлено влияние внешних воздушных потоков на гравитационную тягу, создаваемую шахтой.

The periodic switching of fans at certain ambient air temperatures and a constant power is a promising method to enhance the energy operating efficiency of air-cooled heat exchangers. Equipping these heat exchangers with devices increasing the propulsion (for example, an exhaust shaft) facilitates the intensification of heat transfer due to strengthening the free movement of air by lifting forces. Meanwhile, the heat exchanger is used at the mixed convection regime. To make the thermal design of air-cooled heat exchangers with an exhaust shaft, we must have data on the aerodynamic drag of tube beams at small Reynolds numbers (Re < 1000) that permit to calculate the air flow velocity. However, at present, studies on the aerodynamic drag at mixed convection are virtually missing. Moreover, it is necessary to take into account the influence of external air flows on the gravitational pull created by the shaft since air-cooled heat exchangers are designed for outdoor use. Using the results of the experimental investigation, we obtained information about the mass-exchange processes in the finned beam and the exhaust shaft, developed a method for calculating the air velocity in one- and many-row finned beams with the exhaust shaft and determined their aerodynamic drag at small Reynolds numbers. We also established the influence of external air flows on the gravitational pull created by the shaft.

воздухоохлаждаемый теплообменниксмешанная конвекциявытяжная шахтагравитационное давление воздухааэродинамическое сопротивлениевнешний воздушный потокair-cooled heat exchangersmixed convectiongravitational air pressureexhaust shaftaerodynamic dragexternal air flowsReferencesКунтыш, В. Б. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения / В. Б. Кунтыш, А. Н. Бессонный. – СПб.: Недра, 1996. – 512 с.Kuntysh V. B., Bessonnyj A. N. Basics of Calculation and Design of Air Cooling Heat Exchangers. Saint-Petersburg, Nedra Publ., 1996. 512 p. (in Russian).Кунтыш, В. Б. Тепловой и аэродинамический расчеты оребренных теплообменников воздушного охлаждения / В. Б. Кунтыш, Н. М. Кузнецов. – СПб.: Энергоатомиздат, 1992. – 280 с.Kuntysh V. B., Kuznecov N. M. Thermal and Aerodynamic Calculations of Finned Air Cooling Heat Exchangers. Saint-Petersburg, Energoatomizdat Publ., 1992. 280 p. (in Russian).Новожилова, А. В. К расчету теплообмена коридорных пучков из биметаллических ребристых труб при различных углах наклона труб в режиме свободной конвекции / А. В. Новожилова, З. Г. Марьина, Е. А. Львов // Тез. докл. и сообщ. XV Междунар. форума по тепло- и массообмену, Минск, 23–26 мая 2016 г. – Минск, 2016. – С. 157–161.Novozhilova A. V. To the calculation of heat transfer in-line beams of bimetallic finned tubes with different inclination angles of the pipes in free convection. Tezisy dokladov i soobshhenii XV Mezhdunarodnogo foruma po teplo- i massoob menu [Scientific conference abstracts of the XV International forum on heat and mass transfer]. Minsk, 2016, pp. 157–161 (in Russian).Кунтыш, В. Б. Перевод эксплуатации аппаратов воздушного охлаждения в энергосберегающий режим. Технические решения с расчетом экономического эффекта / В. Б. Кунтыш, А. Б. Сухоцкий, А. В. Самородов // Хим. техника. – 2014. – № 6. – С. 20–25.Kuntysh V. B. Transfer of operation of air cooling devices to energy-saving mode. Technical solutions with calculation of economic effect. Himicheskaya tehnika [Chemical Engineering], 2014, no. 6, pp. 20–25 (in Russian).Мильман, О. О. Экспериментальное исследование теплообмена при естественной циркуляции воздуха в моде ли воздушного конденсатора с вытяжной шахтой / О. О. Мильман // Теплоэнергетика. – 2005. – № 5. – C. 16−19.Mil’man O. O. Experimental study of heat transfer at natural air circulation in the model of an air condenser with an exhaust shaft. Teploenergetika = Thermal Engineering, 2005, no. 5, pp. 16–19 (in Russian).Свободноконвективные течения: тепло- и массообмен: в 2 кн.: пер. с англ. / Б. Гебхарт [и др.]; под ред. О. Г. Мартыненко. – М.: Мир, 1991. – Кн. 1. – 678 с.Gebhart B., Jaluria Y., Mahajan Roop L., Sammakia B. Buoyancy-Induced Flows and Transport. Springer-Verlag, 1988. 1001 p.Мартыненко, О. Г. Свободно-конвективный теплообмен: справочник / О. Г. Мартыненко, Ю. А. Соковишин. – Минск: Наука и техника, 1982. – 400 с.Martynenko O. G., Sokovishin Ju. A. Free-Convective Heat Transfer. Minsk, Nauka i tehnika Publ., 1982. 400 p. (in Russian).Новожилова, А. В. Анализ методик определения теплоотдачи воздуха на оребренных поверхностях нагрева при свободной конвекции / А. В. Новожилова // Проблемы теплоэнергетики Европейского севера: сб. науч. тр. – Архангельск: Сев. (Аркт.) федер. ун-т, 2010. – С. 88–97.Novozhilova A. V. Analysis of methods for determining the heat transfer of air on finned heating surfaces under free convection. Problemy teploenergetiki Evropeiskogo severa: sbornik nauchnykh trudov [Problems of heat power engineering of the European North: Collection of Scientific Works]. Arkhangelsk, 2010, pp. 88–97 (in Russian).Кунтыш, В. Б. Экспериментальная установка и методика исследования теплоотдачи пучков из оребренных труб при смешанной конвекции воздуха / В. Б. Кунтыш, А. В. Самородов, А. И. Самылов // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сб. науч. тр. – Архангельск, 1998. − Вып. 4. − С. 139−149.Kuntysh V. B., Samorodov A. V., Samylov A. I. The experimental stand and method of investigation of heat transfer of finned tube beams under mixed air convection. Okhrana okruzhayushchei sredy i ratsional’noe ispol’zovanie prirodnykh resursov: sb. nauch. tr. [Environmental protection and rational use of natural resources: Collection of Scientific Works]. Arkhangelsk, 1998, no. 4, pp. 139−149 (in Russian).Полыновский, Я. Л. Теплоотдача и сопротивление поперечно омываемых труб при малых числах Рейнольдса / Я. Л. Полыновский // Изв. ВТИ. – 1952. – № 9. – С. 12–17.Polynovskii Ja. L. Heat transfer and resistance of cross-washed pipes at low Reynolds numbers. Izvestiya Vsesoyuznogo teplotekhnicheskogo instituta [Bulletin of the All-Union Thermal Engineering Institute], 1952, no. 9, pp. 12–17 (in Russian).Сухоцкий, А. Б. Повышение энергоэффективности теплообменников воздушного охлаждения / А. Б. Сухоцкий, Г. С. Сидорик // Экология и промышленность. – 2017. – № 2. – С. 72–77.Suhockij A. B., Sidorik G. S. Improving energy efficiency of air cooling heat exchangers. Ekologiya i promyshlen nost’ [Ecology and Industry], 2017, no. 2, pp. 72–77 (in Russian).Сидорик, Г. С. Влияние определяющей температуры на теплоотдачу воздухоохлаждаемого теплообмени ка при смешанной конвекции / Г. С. Сидорик // Ломоносовские научные чтения студентов, аспирантов и молодых ученых – 2017: сб. материалов конф. [Электронный ресурс] / сост. Ю. С. Кузнецова; Сев. (Аркт.) федер. ун-т. им. М. В. Ломоносова. – Электронные текстовые данные. – Архангельск: САФУ, 2017. – С. 1831–1836.Sidorik G. S. Influence of determining temperature on heat transfer of air-cooled heat exchanger at mixed convec tion. Lomonosovskie nauchnye chteniya studentov, aspirantov i molodyh uchenyh – 2017: sbornik materialov konferentsii [Lomonosov scientific readings of students, postgraduates and young scientists – 2017: conference proceedings]. Arkhangelsk, 2017, pp. 1831–1836 (in Russian)Полыновский, Я. Л. Теплоотдача и сопротивление поперечно омываемых пусков труб в области малых чисел Рейнольдса / Я. Л. Полыновский, К. И. Беляков // Теплоэнергетика. – 1954. – № 10. – С. 27 31.Polynovskii Ja. L., Belyakov K. I. Heat transfer and resistance of cross-washed tube bundles in the region of small Reynolds numbers. Teploenergetika = Thermal Engineering, 1954, no. 10, pp. 27–31 (in Russian).Юдин, В. Ф. Сопротивление пучков ребристых труб при поперечном омывании потоком / В. Ф. Юдин, Л. С. Тохтарова // Энергомашиностроение. – 1974. – № 1. – С. 30–32.Judin V. F., Tohtarova L. S. The resistance of finned tubes bundles in cross staem flow. Energomashinostroenie [Power Plant Engineering], 1974, no. 1, pp. 30–32 (in Russian).Гидродинамика и вибрации обтекаемых пучков труб / А. Жукаускас [и др.]. – Вильнюс: Мокслас, 1984. – 312 с.Zhukauskas, A., Ulinskas R., Katinas V. Hydrodynamics and vibrations of streamlined tube bundles. Vilnius: Mokslas Publ., 1984. 312 p. (in Russian).Локшин, В. А. Обобщение материалов по экспериментальному исследованию ребристых пучков труб / В. А. Локшин, В. Н. Фомина // Теплоэнергетика. – 1978. – № 6. – С. 36–39.Lokshin V. A., Fomina V. N. Generalization of the experimental study of finned tube bundles. Teploenergetika = Thermal Engineering, 1978, no. 6, pp. 36–39 (in Russian).Васильев, Ю. Н. Системы охлаждения компрессорных и нефтеперекачивающих станций / Ю. Н. Васильев, Г. А. Марголин. – М.: Недра, 1977. – 222 с.Vasil’ev Ju. N. Cooling Compressor and Pumping Stations. Saint Petersburg, Nedra Publ., 1977. 222 p. (in Russian).Теплообмен и сопротивление оребренных труб при низких числах Рейнольдса / Ю. А. Кошмаров [и др.] // Темат. сб. науч. тр. МАИ. – 1978. – № 6. – С. 33–37.Koshmarov Yu. A., Svirishchevskii S. B., Inozemtseva E. H. Heat transfer and resistance of finned tubes at low Reynolds numbers. Tematicheskii sbornik nauchnykh trudov MAI [Thematic Collection of Scientific Works of MAI], 1978, no. 6, pp. 33–37 (in Russian).Камалетдинов, И. М. Особенности влияния ветра на работу аппаратов воздушного охлаждения / И. М. Ка малетдинов, Ф. Ф. Абузова // Газовая пром-сть. – 2001. – № 12. – С. 61–62.Kamaletdinov I. M., Abuzova F. F. Features of the influence of wind on the operation of air cooling devices Gazovaya promyshlennost’ = Gas Industry Magazine, 2001, no. 12, pp. 61–62 (in Russian).Сидорик, Г. С. Экспериментальный стенд для исследования тепловых и аэродинамических процессов сме шанно-конвективного теплообмена круглоребристых труб и пучков / Г. С. Сидорик // Тр. БГТУ. Сер. 1, Лесное хоз-во, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов. – 2018. – № 1. – С. 85–93.Sidorik G. S. The experimental stand for a research of thermal and aerodynamic processes of mixed convection heat exchange for round-funed pipes and bunches. Trudy BGTU. Seriya 1, Lesnoe khozyaistvo, prirodopol’zovanie i pererabotka vozobnovlyaemykh resursov = Proceedings of BSTU. Series 1, Forestry. Environmental Management. Reprocessing of Renewable Resources, 2018, no. 1, pp. 85–93 (in Russian).Маршалова, Г. С. Тепловой расчет и проектирование аппаратов воздушного охлаждения с вытяжной шахтой: дис. … канд. техн. наук: 01.04.14 / Г. С. Маршалова. – Минск, 2019. – 153 л.Marshalova G. S. Thermal Desing and Making of Air-Cooled Exhaust Shaft Apparatus. Minsk, 2019. 153 p.ISSN 1561-2430 (Print) ISSN 2524-2415 (Online) УДК 536.25 Поступила в редакцию 14.01.2019 https://doi.org/Received 14.01.2019ISSN 1561-2430 (Print) ISSN 2524-2415 (Online) УДК 536.25 Поступила в редакцию 14.01.2019 https://doi.org/Received 14.01.2019

The authors declare that there are no conflicts of interest present.