Non-Stationary Heat Exchange — Determination of the Heat Transfer Coefficient Using Stationary Methods and Regular Thermal Mode Methods

Authors

  • S. Yo. Tkachenko Vinnytsia National Technical University
  • O. V. Vlasenko National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”

DOI:

https://doi.org/10.31649/1997-9266-2023-167-2-28-35

Keywords:

regular thermal regime, unsteady heat exchange, cooling rate, heat transfer coefficient

Abstract

The research was conducted on an experimental stand, which consists of an outer metal vessel of a cylindrical shape, an inner metal cylindrical vessel, metal cover with an external insulation, thermocouples, a device for collecting information from thermocouples and its transfer to the computer.

In the working volumes of the outer and inner vessels, the deviation of the temperature values from the average volume by the high temperature at the moment of time is within 10...38 % for tare liquids. The non-uniformity of the temperature distribution shows that the heat exchange conditions are non-stationary, the specific heat flux is variable and the wall temperature is variable.

On the basis of the experimental data with liquids, the coefficient of heat transfer between the environment (water) and the cylindrical wall was determined using the stationary method (calculation) and the method of the regular thermal mode. The proposed semi-empirical dependence, which is based on the theory of the regular thermal mode, provides the basis of the estimating method of the experimental data of the studied liquid media in case of their their heating and cooling within ±30 % of error.

The obtained experimental data confirm the possibility of using the regular thermal mode method and the steady-state method developed for the calculation of a "large volume" to study the heat transfer intensity of the media with the known information on thermophysical properties during non-stationary heat exchange in a "limited volume".

Under the conditions of growing temperature of the investigated liquid medium, the heat transfer coefficient determined by the calculation method differs from the heat transfer coefficient determined by the regular thermal mode method by more than 30 %. This is explained by the fact that heat transfer depends on the change of the surface temperature along its length. As a result of the temperature change of the Tst wall, the temperature distribution in the thermal boundary layer changes, its thickness and the value of the temperature gradient in the liquid near the surface of the body changes.

Author Biographies

S. Yo. Tkachenko, Vinnytsia National Technical University

Dr. Sc. (Eng.), Professor of the Chair of Thermal Power Engineering

O. V. Vlasenko, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”

Phd, Researcher of the Chair of Thermal and Alternative Energy

References

А. І. Погорєлов Тепломасообмін (основи теорії і розрахунку), навч. посіб. для вузів, 2-ге видання. Львів, Україна: Новий Світ-2000, 2004, 144 с.

С. В. Юшко, О. Є. Борщ, і Г. І. Токар, Нестаціонарна теплопровідність, навч. посіб. Харків, Україна: НТУ «ХПІ», 2012, 112 с.

С. Й. Ткаченко, О. В. Власенко, Н. Д. Степанова, і Є. О. Павлович, «Нестаціонарний теплообмін у вертикальному циліндричному об’ємі, заповненому рідиною,» Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 1, с. 16-20, 2022. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2022-160-1-16-20 .

С. Й. Ткаченко, і Н. В. Пішеніна, Нові методи визначення інтенсивності теплообміну в системах переробки органічних відходів, моногр. Вінниця, Україна: ВНТУ, 2017.

S. Тkachenko, O. Vlasenko, N. Resident, D. Stepanov, and N. Stepanova, “Cooling and of the fluid in the cylindrical volume,” Acta Innovations, no. 42, pp. 15-26, 2021. https://doi.org/10.32933/ActaInnovations.42.2 .

В. П. Исаченко, В. А. Осипова, и А. С. Сукомел, Теплопередача, учеб. для вузов, изд. 3-е, перер. и доп. М.: Энер-гия, 1975, 488 с.

Г. М. Кондратьев, Регулярный тепловой режим. М.: Гос. изд-во техн.-теор. лит-ры, 1954, 408 с.

М. А. Михеев, и И. М. Михеева. Основы теплопередачи, изд. 2-е, стереотип. Москва, РФ: Энергия, 1977, 344 с.

С. Ткаченко, О. Власенко, і Н. Резидент, «Теплообмін циліндричного рідинного тіла обмеженої висоти з навколишнім середовищем,» Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування, № 2, с. 27-30, 2021. https://doi.org/10.20998/2078-774X.2021.02.05

Downloads

Abstract views: 82

Published

2023-05-04

How to Cite

[1]
S. Y. Tkachenko and O. V. . Vlasenko, “Non-Stationary Heat Exchange — Determination of the Heat Transfer Coefficient Using Stationary Methods and Regular Thermal Mode Methods”, Вісник ВПІ, no. 2, pp. 28–35, May 2023.

Issue

Section

ENERGY GENERATION, ELECTRIC ENGINEERING AND ELECTROMECHANICS

Metrics

Downloads

Download data is not yet available.