2.2 Исследование теплоотдачи при свободной конвекции в конвекторе с «жалюзийными» ребрами

В настоящем разделе представлены результаты экспериментального исследования теплоотдачи при свободной конвекции на предлагаемой [93] прерывистой развитой поверхности «жалюзийного» типа. В качестве прототипа теплообменного устройства использован промышленный бытовой конвектор типа «Универсал» (рисунок 54) [94, 95], на базе которого создана экспериментальная установка с двумя рабочими участками – с прямыми плоскими ребрами прямоугольной формы и с предлагаемой интенсифицированной «жалюзийной» поверхностью (рисунок 55).

Рисунок 54 - Конструкция поверхности конвектора «Универсал»

Рисунок 55 - Конструктивная схема конвектора: а — «Универсал»; б— «жалюзи»

2.2.1 Особенности свободноконвективного теплообмена в вертикальных каналах секционных конвекторов

На основе анализа процессов течения и теплообмена около вертикальных и наклонных поверхностей [89, 90, 96] и современных представлений о проблеме [91] можно следующим образом представить свободноконвективный процесс в вертикальных каналах, расстояние между которыми обозначим d, а высоту H.

Разность между температурой стенки и температурой жидкости в зазоре , вызывает появление выталкивающей силы, под действием которой жидкость движется снизу вверх. Характерная температура жидкости в зазоре по высоте H возрастает, следовательно, температурный напор (возрастание обычно не компенсирует возрастание ) и локальная выталкивающая сила убывают. В результате возникшего свободного движения на вертикальной стенке образуется пограничный слой, толщина которого  по мере продвижения вверх увеличивается. Следует отметить, что толщина  зависит не только от высоты H, но и от числа Pr, t, , d и в общем случае определяется комплексом . Уменьшение t (увеличение ) по высоте стенки в случае ламинарного пограничного слоя (Ra < 10⁹) приводит к уменьшению локального коэффициента теплоотдачи . Величина локальной плотности теплового потока, который определяется как , будет также убывать с высотой, причем быстрее, чем , т.к. .

Таким образом для интенсификации процесса теплообмена в плоском вертикальном зазоре необходимо уменьшать высоту H и увеличивать .

Уменьшение общего вертикального размера теплоотдающей поверхности должно привести к увеличению коэффициента теплоотдачи, уменьшению температуры воздуха в межреберном пространстве и увеличению теплового потока.

По данным приведенным в [91] увеличение теплового потока, по сравнению с вертикальным расположением конвектора может составить  20 %.

Отдельно остановимся на влиянии на движение и теплообмен межреберного расстояния d. Обычно рассматривают не абсолютную величину d, а комплекс . Очевидно, что с уменьшением величины свободное движение замедляется (увеличиваются силы трения),  и q падают, и при некотором критическом значении возникает эффект «запирания», то есть движение прекращается. По мере увеличения движение возобновляется, сначала носит характер формирующегося, а затем характер «начального участка». Оптимальное расстояние d, при заданном H, равно двум толщинам пограничного слоя на высоте H. Как следует из [91], по мере увеличения комплекса , влияние возникшего движения быстро нарастает (увеличивается  и q), но при > 10 начинает затухать. Таким образом, величина зависит от режимных факторов и, строго говоря, является переменной величиной, которую можно определить лишь приблизительно как среднюю для заданного диапазона изменения числа Ra. При значительной величине H в плоском зазоре возникает вынужденное движение, обусловленное явлением «самотяги», и процесс движения и теплообмена носит характер смешанного.