The paper presents the results of an experimental investigation into the local heat transfer and friction of gas (air) flow in annuli with the inner rough tube for the following ranges of parameters: Re = 5 × 10³−5 × 10⁵, temperature factor T_w/T_f = 1−2.8, relative height k/d_e = 0.0028−0.021 and nearly optimum relative pitch s/k ˜ 10 of rectangular and rounded trapezoidal roughness elements.

The correlations have been developed to calculate the heat transfer and friction of rough annuli with allowance for the effect of variable physical properties of a coolant and also the relationships for the hydrodynamic and thermal functions of roughness to determine the thermohydraulic characteristics of rough tube clusters.

It has been established that, in contrast to smooth tubes, the effect of variable physical properties of the gas on heat transfer in rough tubes depends on k/d_e and Re and diminishes with the increase of these parameters.

Résumé

On présente les résultats d'une étude expérimentale du transfert thermique local et du frottement pour un gaz s'écoulant dans un espace annulaire avec le tube intérieur rugueux, pour des domaines de paramètres suivants: Re = 5 × 10³−5 × 10⁵, rapport des températures T_w/T_f = 1−2.8, hauteur relative k/d_e = 0.0028−0.021 et pas proche de l'optimum s/k ˜ 10 pour des éléments de rugosité rectangulaires et trapézoïdaux arrondis. Les formules sont développées pour calculer le transfert thermique et le frottement en tenant compte des effets de variation des propriétés physiques d'un réfrigérant et aussi les relations pour les fonctions hydrodynamiques et thermiques de rugosité pour déterminer les caractéristiques thermohydrauliques de grappes de tubes rugueux. On établit que, contrairement au cas des tubes lisses, l'effet des propriétés physiques variables du gaz sur le transfert thermique dans les tubes rugueux dépend de k/d_e et de Re et il diminue quand ces paramètres augmentent.

Zusammenfassung

In der Arbeit werden die Ergebnisse einer experimentellen Untersuchung des örtlichen Wärmeübergangs und Druckabfalls einer Gas-(Luft-)Strömung in einem Ringspalt um ein rauhes Rohr für die folgenden Parameterbereiche untersucht: Re = 5 × 10³−5 × 10⁵, Temperaturfaktor T_w/T_f = 1−2.8, relative Spalthöhe k/d_e = 0.0028−0.021 und nahezu optimale Teilung s/k ˜ 10 von rechteckigen und gerundeten trapezförmigen Rauhigkeitselementen. Die Beziehungen wurden entwickelt, um Wärmeübergang und Druckabfall von rauhen Ringspalten bei variablen physikalischen Stoffeigenschaften und den Einfluβ der Rauhigkeit zu berechnen. Damit soll das thermohydraulische Verhalten von rauhen Rohranordnungen bestimmt werden. Es wurde festgestellt, daβ im Gegensatz zu glatten Rohren der Einfluβ variabler physikalischer Eigenschaften des Gases auf den Wärmeübergang in rauhen Rohren von k/d_e und Re abhängt, und daβ der Einfluβ abnimmt, wenn diese Parameter gröβer werden.

Abstract

Пpeдcтaвлeны peзyльтaты экcпepимeнтaльнoгo иccлeдoвaния мecтнoй тeплooтдaхи и гидpaвлихecкoгo coпpoтивлeния кoльцeвых кaнaлoв c внyтpeннeй шepoхoвaтoй тpyбoй пpи тeхeнии гaзa (вoздyхa) в интepвaлe хиceл Re = 5 × 10³−5 × 10⁵, тeмпepaтypнoгo фaктopa T_w/T_f = 1−2.8, oтнocитeльпoй выcoты k/d_e = 0.0028−0.021 и пpи близкoм к oптимaльнoмy oтнocитeльнoм шaгe s/k ˜ 10 элeмeнтoв шepoхoвaтocти пpямoyгoльнoй и зaкpyглeннoй тpaпeцeилaльнoй фopмы. Пoлyхeны oбoбшaюшиe зaвиcимocти для pacхeтa тeплooтдaхи и гидpaвлихecкoгo coпpoтивлeния шepoхoвaтых кoльцeвых кaнaлoв c yхeтoм влияния пepeмeннocти физихecких cвoйcтв тeплoнocитeля, a тaкжe зaвиcимocти для гидpoдинaмихecкoй и тeплoвoй фyнкций шepoхoвaтocтн. пoзвoляющиe oпpeдeлить тeплoгилpaвлихecкиe хapaктepиcтики в cбopкaх пшepoхoвaтых тpyб. ycтaнoвлeнo, хтo в oтлихиe oт глaдких кaнaлoв влияниe пepeмeннocти физихecких cвoиcтв гaзa нa тeплooтдaхy в шepoхoвaтых кaнaлaх зaвиcит oт k/d_e н Re и c yвeлихeниeм этих пapaмeтpoв yмeньшaeтcя.