Рыдалина Наталья Владимировна – аспирант
Natalia V. Rydalina
Аксенов Борис Гаврилович – д-р физ.-мат. наук, профессор, консультант кафедры Промышленная теплоэнергетика
Boris G. Aksenov
Степанов Олег Андреевич – д-р техн. наук., профессор, заведующий кафедры Промышленная теплоэнергетика
Oleg A. Stepanov
Антонова Елена Олеговна – канд. техн. наук, доцент кафедры Промышленная теплоэнергетика
Elena O. Antonova
Увеличение интенсивности теплообмена является одной из главных задач при изготовлении современного теплообменного оборудования. Одним из перспективных способов увеличения теплообмена является использование в теплообменных аппаратах пористых металлов. В работе рассматривается конструкция теплообменного аппарата, в котором используется пористый алюминий. Первый теплоноситель - теплая вода, которая течет по трубкам, проходящим сквозь пористый металл. Сквозь поры протекает второй теплоноситель – фреон, который охлаждает воду. Создан стенд, позволяющий изучить такой теплообменник. Проведен цикл испытаний. Применение стандартных методов расчета теплообменных аппаратов в данном случае невозможно, так как неизвестна внутренняя поверхность пор. Была составлена упрощенная математическая модель такого теплообменника, позволяющая получить решение в удобном для инженерных расчетов аналитическом виде. Проведенные на основе этой модели численные расчеты сопоставлялись с экспериментальными данными. Получено совпадение опытных и расчетных значений в пределах погрешности эксперимента. Проведено сравнение интенсивности теплообмена материалов различной пористости. Установлено, что в теплообменнике с пористым металлом интенсивность теплообмена увеличивается с увеличением коэффициента пористости. Результаты проведенных опытов свидетельствуют о целесообразности применения пористых металлов в теплообменном оборудовании. Полученный аналитический метод позволяет проводить расчеты в том случае, когда площадь поверхности теплообмена неизвестна и позволяет одновременно учитывать теплоемкость и теплоту фазового перехода фреона, если таковой имеет место.
Heat exchange capacity increase is one of the main concerns in the process of manufacturing modern heat exchange equipment. Constructing heat exchangers with porous metals is an advanced technique of heat exchange increase. A construction of heat exchangers with porous aluminum is described in this paper. The first heat transfer agent (hot water) flows through thin copper tubes installed within the porous aluminum. The second heat transfer agent (freon) flows through the pores of aluminum. Laboratory facility was created to study such a heat exchanger. Series of experiments were carried out. The purpose of the research presented here is to create a mathematical model of heat exchangers with porous metals, to perform analytical calculation of the heat exchangers and to confirm the results with the experimental data. In this case, one can`t use the standard methods of heat exchangers calculation because the pores inner surface area is indeterminate. The developed mathematical model is based on the equation describing the process of cooling the porous plate. A special mathematical technique is used to take into account the effect of tubes with water. The model is approximate but its solution is analytic. It is convenient. One can differentiate it or integrate it, which is very important. Comparison of calculated and experimental data is performed. Divergence of results is within the limits of experimental error. If freon volatilizes inside the heat exchanger, the heat of phase transition has to be taken into account alongside with heat capacity. The structure of the mathematical model makes it possible. The results presented in this paper prove the practicability of using porous materials in heat exchange equipment.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.