В дисертаційній роботі отримано такі наукові результати: 1. Запропоновано узагальнений підхід до моделювання процесів спряженого теплообміну та гідродинаміки на розвинених поверхнях і на його базі виконано комплекс теоретичних та експериментальних досліджень теплопереносу для різних типів оребрення (поздовжнє у неперервному і дискретному шаховому виконанні, плавникове, поперечне кільцеве і розрізне, дискретне нахилене оребрення, зокрема типу “ялинка”, оребрення у вигляді шипів та ін.) стосовно до різноманітних фізичних ситуацій, що характеризуються різними гідродинамічними умовами течії теплоносіїв (вільна і вимушена конвекція, ламінарний і турбулентний режими течії, одностороннє або двостороннє обтікання поверхні), наявністю і відсутністю забруднюючих відкладень та захисних покриттів і т.д. Отримані результати досліджень покладено в основу розробки оригінального високоефективного теплоенергетичного обладнання різного призначення. 2. Шляхом теоретичного дослідження спряженого теплопереносу для широкого класу розвинених поверхонь розроблено ряд нових наукових положень у вигляді: а) сукупності уточнених математичних моделей, що відповідають даним гідродинамічним, теплофізичним та геометричним умовам ; б) спеціалізованої методики розрахунку, яка базується на використанні інтегральних методів розв’язку вихідних рівнянь переносу; в) загальних закономірностей впливу неізотермічності поверхні обтікання на теплові характеристики процесів, що вивчаються, та оцінок відхилень, які виникають при розрахунку локальних та інтегральних теплових характеристик з використанням спрощених моделей, що не враховують цього впливу або базуються на застосуванні усереднених коефіцієнтів тепловіддачі. 3. Виконано комплекс експериментальних досліджень локальних та загальних характеристик теплового стану різноманітних розвинених поверхонь і теплоносіїв за умов вільної конвекції в широкому діапазоні зміни таких параметрів як: температурні напори (від 150С до 4500С); геометричні характеристики оребрених поверхонь (розміри ребер, величина міжреберного проміжку, кількість ребер по висоті несучої поверхні та ін.); матеріал оребрення (вуглецева та неіржавіюча сталь, латунь, мідь); вид теплоносія (повітря, парафін). 4. В результаті розв’язування спряжених задач теплообміну для умов вільної конвекції встановлено наступне: а) стосовно поздовжнього оребрення в неперервному та дискретному шаховому виконанні на вертикальній плоскій несучій поверхні для діапазону зміни чисел ; ; ; ; : - вплив неізотермічності, обумовленої спряженою постановкою задачі, призводить до зниження середнього по поверхні значення числа для повздовжнього оребрення у неперервному виконанні на 10-15% і на 30-40% при його дискретному виконанні; - застосування повздовжнього дискретного оребрення порівняно з неперервним при однакових розмірах як несучої вертикальної, так і загальної тепловіддаючої поверхні та інших однакових параметрах забезпечує інтенсифікацію теплообміну в 1,5-1,8 рази; б) для поперечного розрізного оребрення на циліндричній основі з горизонтальною орієнтацією в діапазоні зміни чисел ; ; ; : - розрізне оребрення порівняно з кільцевим за однакових вихідних умов дає можливість інтенсифікувати теплоперенос в 1,5-3 рази; - негативний вплив супутних потоків на тепловіддачу розрізних ребер можна суттєво зменшити шляхом застосування розроблених спеціальних технічних рішень; в) стосовно запропонованих високоефективних конструкцій поверхонь з дискретним нахиленим оребренням: - ступінь інтенсифікації теплообміну для таких поверхонь у порівнянні з поздовжнім неперервним оребренням досягає 2-2,6 рази; - серед поверхонь з дискретним нахиленим оребренням найбільшою тепловою ефективністю характеризуються поверхні типу “ялинка”; для яких визначено оптимальні геометричні характеристики та діапазон зміни конструктивних параметрів, у якому ефективність запропонованих поверхонь перевищує відповідні показники дискретного оребрення з шаховим розташуванням. 5. На основі теоретичних досліджень теплообміну шахових оребрених трубних пучків при спряженій постановці задачі за умов вимушеної конвекції та двохстороннього їх обтікання встановлено наступне: а) для труб з плавниковим оребренням при перехресній течії теплоносіїв в діапазоні зміни параметрів ; ; ; ; ; ; : - ступінь відхилення між локальними значеннями коефіцієнтів тепловіддачі на зовнішній поверхні, що отримані на базі спряженої та спрощеної постановок задач, залежить від величини та характеру зміни температурного градієнта в напрямку течії наступним чином - при зростаючому температурному градієнті має місце заниження, а при падаючому - завищення коефіцієнтів порівняно з даними для ізотермічної поверхні; величина відхилення зростає із збільшенням градієнта температури і для локальних значень досягає 20-50%, а для сумарних відведених теплових потоків складає 10-17%; - вплив неізотермічності на значення локальних коефіцієнтів тепловіддачі на внутрішній поверхні труб не перевищує 10-15%; б) для труб з кільцевим оребренням в умовах протитечії теплоносіїв в діапазоні зміни параметрів ; ; ; ; ; ; ; : - при співвідношенні розрахунки за спрощеними моделями в області зміни характеристичного параметра призводять до заниження на 30-40%, а при до завищення на 20-30% величини теплової ефективності оребрення порівняно з даними, що відповідають спряженій задачі; для останньої при на зовнішній поверхні обтікання спостерігається ефект обернення теплового потоку в приторцевих ділянках ребер; - при співвідношенні відхилення для локальних значень , що відповідають спряженій та спрощеній моделям, становлять 30-50%, - нехтування фактором неізотермічності, що обумовлений спряженою постановкою задачі, призводить до суттєвого заниження локальних значень коефіцієнтів тепловіддачі на внутрішній поверхні труби - похибка складає 30-50%. 6. Запропоновано нову вдосконалену методику теплового розрахунку розвинених поверхонь при наявності забруднюючих відкладень або захисних покриттів. На базі вказаної методики отримано ряд чисельних та аналітичних розв’язків відповідних задач теплопереносу. При цьому: а) встановлено, що для шахового пучка труб з плавниковим оребренням із рівномірним покриттям малої теплопровідності інтегральні та локальні характеристики теплообміну, що відповідають спряженій та спрощеній постановкам задачі, суттєво відрізняються між собою; при цьому для сумарних відведених теплових потоків відхилення становлять 30-40%, а для локальних коефіцієнтів тепловіддачі можуть перевищувати 100%; б) виконано чисельне моделювання та проведено експериментальне дослідження процесів теплопереносу для шахового пучка труб з поздовжнім оребренням при наявності змінного за товщиною забруднюючого відкладення; в) отримано аналітичні розв’язки задач переносу тепла для розвинених поверхонь різної конструкції (плоских стінок з поздовжнім оребренням та оребренням у вигляді шипів, труб з поперечним кільцевим оребренням) при наявності рівномірного покриття низької теплопровідності та усереднених значеннях коефіцієнтів тепловіддачі на внутрішній та зовнішній поверхнях; проведено оптимізацію поздовжньо оребрених стінок з покриттям. 7. На базі запропонованого узагальненого підходу до розв’язку спряжених задач теплообміну створено пакети програм для чисельного розрахунку теплопереносу для багатошарових рукавних полімерних плівок при струминному їх охолоджені та плоских плівок, охолоджуваних на барабані. Встановлено, що розрахунки за спрощеними методиками суттєво завищують локальні значення коефіцієнтів тепловіддачі та призводять до значної похибки щодо температурних розподілів у плівках, які досягають 30-40%. Розроблено обгрунтовані технологічні рекомендації, які дали можливість суттєво підвищити продуктивність установок для виробництва полімерних плівок. 8. При експериментальних дослідженнях теплопереносу для оребрених поверхонь за умов вільної конвекції встановлено загальні закономірності теплообміну та отримано такі результати: а) для повздовжнього неперервного і дискретного шахового сталевого оребрення на вертикальних стінках в діапазоні зміни параметрів ; ; : - одержано критеріальні залежності числа від та показано, що дискретне оребрення за тепловою ефективністю має переваги порівняно з неперервним оребренням при умові ; - встановлено, що оребрення в дискретному виконанні інтенсифікує теплообмін порівняно з оребренням у неперервному виконанні в 1,5-1,7 рази; - показано, що величини оптимальних міжреберних проміжків для поздовжніх неперервних ребер на 20-40% перевищують відповідні значення в ізотермічних умовах; для дискретного оребрення величина на 30-40% вища від для неперервного оребрення; б) для поперечного розрізного оребрення, виготовленого з різних матеріалів (вуглецева та неіржавіюча сталь, латунь, мідь), на циліндричних поверхнях з горизонтальною орієнтацією в діапазоні зміни параметрів ; ; ; ; : - запропоновано критеріальну залежність числа від вказаних параметрів та відповідне номограмне представлення; - встановлено закономірності впливу теплофізичних властивостей матеріалу та геометричних розмірів оребрення на температурні режими досліджуваних поверхонь; - виявлено, що інтенсивність теплообміну для поверхонь з розрізним оребренням перевищує відповідні показники для поверхонь з кільцевим оребренням в 1,5-2,7 рази; в) для теплових акумуляторів на базі ТЕНів з поперечним розрізним оребренням та акумулюючим матеріалом типу парафіну вивчено ряд теплофізичних аспектів робочих процесів цього обладнання в діапазоні зміни параметрів ; ; : - досліджено динаміку фазових перетворень та встановлено наявність трьох стадій теплопереносу, що характеризуються різними механізмами теплообміну; - отримано критеріальні залежності числа від на стадії розвиненої вільної конвекції розплавленого ТАМу; - показано, що ступінь інтенсифікації теплообміну для поверхонь з оребренням порівняно з гладкою поверхнею складає 1,8-2,8 рази ; - розроблено рекомендації щодо оптимального розміщення теплових джерел в об’ємі ТАМу. 9. Результати теоретичних та експериментальних досліджень використано при розробці нових конструкцій котлів конденсаційного типу, калориферів для обігріву житлових, громадських приміщень та салонів автотранспорту, установок для виробництва полімерних плівок та іншого теплообмінного устаткування з підвищеною тепловою ефективністю і покращеними габаритними, масовими та вартісними показниками. | 