Расчет теплообменников с учетом структуры потоков
Т.М. Фарахов, Е.П. Афанасьев, А.Г. Лаптев
Вестник ИГЭУ, 2019 г. выпуск 1, сс. 11—17
Скачать PDF
Состояние вопроса. Теплообменные аппараты, применяемые в различных отраслях промышленности и на ТЭС, имеют различные режимные, конструктивные характеристики и габаритные размеры, но, несмотря на значительное разнообразие конструкций, их расчет чаще всего выполняется на основе модели идеального вытеснения потоков. В ряде случаев это может привести к заниженному значению поверхности теплопередачи. В связи с этим актуальным является разработка математической модели и алгоритма расчета теплообменников с учетом обратного перемешивания теплоносителей, когда структура потоков отличается от модели идеального вытеснения.
Материалы и методы. Расчет теплообменников представлен с применением метода чисел единиц переноса, по аналогии с массообменном, с поправкой на обратное перемешивание теплоносителей. Поправка выполняется с применением модифицированного числа Пекле структуры потока, что дает некоторое увеличение длины труб теплообменника и, соответственно, поверхности теплопередачи.
Результаты. Получены расчетные выражения для вычисления длины труб и поверхности теплопередачи с учетом обратного перемешивания потока. Даны уравнения для расчета основного параметра моделей структуры потоков – коэффициента обратного перемешивания.
Выводы. Представленный подход повышает точность расчета теплообменных аппаратов с интенсификаторами, например каналов с хаотичными насадками, витыми элементами, различными вставками и т.д.
1. Кудинов И.В. Математическое моделирование гидродинамики и теплообмена в движущихся жидкостях. – СПб.: Лань, 2015. – 208 с.
2. Маринюк Б. Расчеты теплообмена в аппаратах и системах низкотемпературной техники. – М.: Машиностроение, 2015. – 272 с.
3. Рудской А.И., Лунев В.А. Математическое моделирование гидродинамики и теплообмена в движущихся жидкостях. – СПб.: Лань, 2015. – 208 с.
4. Комиссаров Ю.А., Гордеев Л.С., Вент Д.П. Процессы и аппараты химической технологии: учеб. пособие для вузов / под ред. Ю.А. Комиссарова. – М.: Химия, 2011. – 1230 с.
5. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств: учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 1991. – 400 с.
6. Разинов А.И., Клинов А.В., Дьяконов Г.С. Процессы и аппараты химической технологии: учеб. пособие. – Казань: КНИТУ, 2017. – 860 с.
7. Голованчиков А.Б., Воротнева С.Б. Моделирование работы двухтрубного теплообменника с учетом теплодиффузии газового теплоносителя // Известия вузов. Химия и химическая технология. – 2015. – Т. 58, вып. 9. – С. 58–62.
8. Голованчиков А.Б., Воротнева С.Б., Дулькин Б.А. Влияние структуры потоков и термического сопротивления на технологические параметры двухтрубного теплообменника // Известия ВолгГТ. – 2014. – № 25(152). – С. 121–126.
9. Лаптев А.Г., Фарахов Т.М., Дударов-ская О.Г. Модели турбулентной вязкости и перемешивания в каналах и насадочных проточных смесителях // Журнал прикладной химии. – 2013. – Т. 86, вып. 7. – С. 1112–1121.
10. Лаптев А.Г., Фарахов Т.М., Афанасьев Е.П. Эффективность нагревания топлив и масел в интенсифицированных теплообменниках // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2018. – № 9. – С. 11–15.
11. Плотников Л.В., Жилкин Б.П., Бродов Ю.М. Влияние поперечного профилирования впускных и выпускных трубопроводов поршневых двигателей на тепломеханические характеристики потоков // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2017. – Т. 19, № 1–2. – С. 119–126.
12. Повышение эффективности теплообменных аппаратов паротурбинных установок за счет применения профильных витых трубок / Ю.М. Бродов, К.Э. Аронсон, А.Ю. Рябчиков и др. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2016. – №7–8. – С. 72–78.
13. Intensification of a laminar flow in a narrow microchannel with single-row inclined oval-trench dimples / S.A. Isaev, P.A. Baranov, A.I. Leontev, I.A. Popov // Technical Physics Letters. – 2018. – Т. 44, № 5. – С. 398–400.
14. Леонтьев А.И., Кузма-Кичта Ю.А., Попов И.А. Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках (обзор) // Теплоэнергетика. – 2017. – № 2. – С. 36–54.