Охлаждение сложной оребрённой конструкции естественной конвекцией. Коэффициент конвективной теплоотдачи

[Jesse 979]

Нашёл в сети вот такую вот полезную штуку уточнённого расчета коэффициентов конвективной теплоотдачи простых элементов конструкции в случае естественной конвекции (с учётом радиации).

koehfficient-teplootdachi-poverhnost-vozduh.xlsx

http://al-vo.ru/teplotekhnika/koefficient-teplootdachi-poverhnost-vozduh.html

 

Теперь что надо посчитать:
Имеются такие оребрённые конструкции опоры, к которой крепится балка теплообменного аппарата.

Балка частично находится в помещении системы отвода тепла, так что на ней, и (утрированно считая) на верхней грани опоры 300 градусов. Температура окружающего воздуха 45 град. Требуется, чтоб на нижней грани опоры, где она крепится к закладным частям, было не выше 60 град;  потому что закладные установлены в бетоне, а заказчик утверждает, что бетон плохеет при выше 60 град.

Пока что сделал первые расчетики в МКЭ (тепловой расчет) с одинаковым для всей конструкции в целом коэффициентом конвективной теплоотдачи (естественная конвекция) 10 Вт/м²*K.  Излучение также учёл, т.к. температура приличная.
Вот думаю как бы уточнить расчет, используя вышеупомянутую методику... То есть на основе расчета МКЭ вытащить значения температур на поверхностях каждой пластины, вбить их в эксельку и определить уточнённый коэффициент конвективной теплоотдачи. Главный вопрос - не будет ли серьёзного подвоха в контексте того факта, что ведётся расчет сложной конструкции с большим числом элементов, а вышеуказанная методика для отдельно взятых элементов?

 

 

Изменено 5 октября 2021 пользователем Jesse

[karachun 2 038]

@Jesse Проблема в том что у теплообменника пластины пересекаются друг с другом. Так что это уже не просто набор вертикальных пластин.

Я бы сразу начал готовить связанную модель CFD+теплопроводность. ну и конечно перед таким расчетом я бы верифицировался на чем-нибудь простом.

 

И еще есть много книги по ТМО где тоже есть подобные расчеты простых случаев.

[Jesse 979]

5 минут назад, karachun сказал:

Проблема в том что у теплообменника пластины пересекаются друг с другом

да я вот тоже так думаю... наверно смысла нет заморачиваться, тем более пластин дохренищщща.
 

 

6 минут назад, karachun сказал:

Я бы сразу начал готовить связанную модель CFD+теплопроводность

жадно)
тут предлагают прокладку из базальтового картона подложить под балку.. думаю пересчитать для этого варианта, увидеть значительное снижение температуры да и дело с концом. Коэф-т сопротивления для прокладки утрированно задать как L/K (толщину на теплопроводность). Правда значение теплопередачи зависит от контактного давления , говорят, причём сложным нелинейным образом (ох уж эти коэффициенты!)
Придётся В запас, да побольше

[karachun 2 038]

3 минуты назад, Jesse сказал:

да я вот тоже так думаю

А убрать их нельзя? Или заменить сплошную пластину на отдельные прутки? Так же теплообмен улучшится.

[MotorManiac 130]

1 час назад, Jesse сказал:

Излучение также учёл, т.к. температура приличная.

У меня в печи 2000 градусов...... у меня можно не учитывать конвекцию, у вас я подозреваю можно не учитывать излучение :) к тому же ребра будут переизлучать сами на себя, толку от них мало в качестве излучающих элементов.

Так полную теплообменную схему выложите, может так получиться что корпус не будет являться узким местом в теплообмене :)

[Jesse 979]

1 час назад, karachun сказал:

А убрать их нельзя?

конструкцию опор нельзя менять..

 

40 минут назад, MotorManiac сказал:

у вас я подозреваю можно не учитывать излучение

без излучения и с ним разница 6-7 град, критичный для меня результат, так что решил оставить с чуть более низким коэф-м черноты чем в табличке. Хотя вот вы пишите про переизлучение - не подумал про этот момент.. наверно тогда тоже придётся убрать и считать в запас

52 минуты назад, MotorManiac сказал:

схему

схема тут не важнамне все условия дали, необходимые для расчета опоры.
Ну, если хотите картинки, то ны-а!
Система пассивного отвода тепла, обеспечивающей отвод остаточных тепловыделений от активной зоны реактора через второй контур)
 Теплообменник крепится к балкам, а балки - к опорам. В теплообменниках горячий пар, нагретый до 300 градусов, который охлаждается атмосферным воздухом. Полагают, что балка тоже будет нагрета до 300 градусов..
Тепловым и прочностным расчетом теплообменного модуля занимались другие люди..)
 

[karachun 2 038]

@Jesse Ох, вот это изврат - охлаждение балки. Вообще - да, лучше всего проложить между балкой и конструкцией побольше теплоизоляции.

Может еще уменьшить площадь контакта между конструкцией и балкой, чтобы она опиралась не по всей площади.

[Jesse 979]

7 минут назад, karachun сказал:

Может еще уменьшить площадь контакта между конструкцией и балкой, чтобы она опиралась не по всей площади.

да кстати, рассмотрим этот вариант тоже. 

 

8 минут назад, karachun сказал:

вот это изврат - охлаждение балки.

да хз чё они с этим бетоном так церемонятся, почему на него нельзя выше 60 градусов. От солнца в Турции сильнее нагреется..))

[MotorManiac 130]

12 минут назад, Jesse сказал:

Ну, если хотите картинки, то ны-а!

Зря попросил :) 

Т.е. что мы имеем - есть некий /прости Господи / курятник, который опирается балками на бетонные основания и задача состоит в том чтобы не допустить перегрева анкерных болтов и бетонных оснований ? 

[karachun 2 038]

10 минут назад, Jesse сказал:

да хз чё они с этим бетоном так церемонятся, почему на него нельзя выше 60 градусов.

Это надо у Федора спросить. @Fedor

[Jesse 979]

14 минут назад, MotorManiac сказал:

Т.е. что мы имеем - есть некий /прости Господи / курятник, который опирается балками на бетонные основания и задача состоит в том чтобы не допустить перегрева анкерных болтов и бетонных оснований ? 

15 минут назад, MotorManiac сказал:

курятник

хочу отметить, что как только не называли этот СПОТ, но до такого никто не додумался

[Fedor 1 628]

Цитата

почему на него нельзя выше 60 градусов

Бетонные перекрытия парилок в банях больше нагреваются. Наверное химические анкера на эпоксидке и это ограничивает... 

https://gosthelp.ru/text/SNiP2030484Betonnyeizhele.html   бетоны бывают и жаропрочные... 

Цитата

Жаропрочный бетон – это бетон, который может длительное время выдерживать нагревание до температуры 1000°C , и при этом не изменять формы и эксплуатационных свойств. Применяют его в различных сферах: промышленное строительство, жилищное, а также при возведении специализированных объектов.

 

https://domsdelat.ru/fundament/kak-prigotovit-zharoprochnyj-beton-svoimi-rukami-sovety.html

[MotorManiac 130]

В данной задаче я бы упростил расчетную геометрию и пошел бы 2 путями моделирования :

 

1. Произвести анализ части балки с радиатором. Самый жесткий вариант, т.к. в реальности балка будет иметь Т ниже чем Т пара. Если пройдет данный вариант, то автоматически пройдут все остальные.

 

2. Произвести анализ балки с учетом ее длины ( L = 3~5 H ), вариант более реалистичный, но более затратный в вычислениях.

 

PS коэффициент a - по сути статистическая величина в вашем случае.

[Jesse 979]

@Fedor да , по ходу всё дело в анкерах. Ибо сомневаюсь что для купола АЭС сэкономили на бетоне..))

@MotorManiac спасибо, так и сделаем..) пока что всё упирается в неопределённость прокладки. Коллега по прочности прикинул сегодня базальтовый картон - не проходит. Думаем, паронит ещё попробовать, предложить чё скажут..

 да и на другом конце провода говорят, что ещё требование на температуру по выделяемой мощности/рассеиваемому теплу может возникнуть - типа сам СПОТ находится в другом помещении, и требование по этому помещению что температура воздуха в нём не должна превышать какое-то значение. Короче, уже заложена система вентиляции на энное количество кВт отводимой мощности, и надо тип чтоб и тепла не очень много рассеивалось. Прокладка по любасу понадобится

[Fedor 1 628]

Анкера и механические есть. Им температура не опасна... :) 

[Jesse 979]

ля , вот ща думаю, ведь должен быть какой-то документик на эти оребрённые конструкции/радиаторы, где приводится этот коэфф-т конвективной теплоотдачи. Ведь какой у нас параметр клбчевой - площадь. Площадь легко измерить. И в зависимости от площади можно привести коэф-ты теплоотдачи радиотора.
только вот где смотреть....

3 минуты назад, Fedor сказал:

Анкера и механические есть. Им температура не опасна... :) 

завтра спрошу про анкера, отпишу здесь. и про бетон. дело явно не в бетоне должно быть, а то чушь какая-то получается

[MotorManiac 130]

Тут в чем дело может быть еще - лимитирующем фактором теплообмена м.б. сама металлическая конструкция радиатора. Т.е. теплопередачи по ребрам может и не быть после какого то их критического размера (соотношения толщины/длины). Поэтому я бы сильно не смотрел на данные. Решайте задачу теплопроводности со средними значениями a. Ибо это все статистика - подул не подул ветер, пошел дождь итп итд.

 

12 часов назад, Jesse сказал:

И в зависимости от площади можно привести коэф-ты теплоотдачи радиотора.

 

Это не связанные вещи, из уравнения Ньютона-Рихмана Q=a*F*dT это видно, произведение разных коэффициентов. a- главным образом зависит от скорости набегающего потока и формы тела.  

 

ЗЫ Смотрите сразу технологию изготовления радиатора, ибо теоретически ребер можно сделать много, но как их потом варить. Сварщик должен подлезть электродом итд, итп. Или заказывать литье - что дорого.

 

[a_schelyaev 371]

А почему нельзя это просто в лоб посчитать?

[Jesse 979]

21 минуту назад, a_schelyaev сказал:

А почему нельзя это просто в лоб посчитать?

всмысле почему не cfd? хз на самом деле... до этого в другой конторе налажали с тепловым расчетов в мкэ, этот же расчет дали нам. Говорят де "считайте с откорректированными ГУ". Да и в cfd я честно сказать не особо кнопки жал..))  МКЭ как то попривычнее ..
Как по вашему, это сложная задача для cfd?

@Fedor , вы были правы. Дело в анкерах (скорей всего, точного ответа никто дать не смог )

[Jesse 979]

@a_schelyaev заодно раскачайте нам про компас flow, чё по чём, какие возможности... А то у нас apm structure куплен в конторе, соотв-но есть и лицуха на встроенный в компас apm fem. Компас flow я так понимаю аналогичный этому apm fem - встроенный в компас. Быть может заболтаю и купят чё по гидродинамике..))
Про ансисы у нас с солидворксами у нас речи быть не может, никто столько за них не запошляет..))