Крутова Ираида Александровна – аспирант
г. Казань
Kazan
Золотоносов Яков Давидович – д-р. техн. наук, профессор
г. Казань
Kazan
АКТУАЛЬНОСТЬ работы состоит в исследовании влияния угла при вершине конуса на эффективность процесса теплообмена путем сравнения нескольких вариантов змеевиковых теплообменных аппаратов (ТА) типа «труба в трубе». Поиск оптимальной геометрии, включая форму корпуса и использование интенсификаторов, совершенствование методов расчёта, позволяющих точно прогнозировать поведение аппаратов.
ЦЕЛЬ. Установление зависимости между углом при вершине конуса и теплогидродинамической эффективности аппаратов и оценка эффективности замены гладкостенного теплообменного элемента на пружинно-витой канал.
МЕТОДЫ. Для достижения поставленной цели был проведён анализ научно-технической литературы, по результатам которого сформированы границы исследуемого параметра. Решение сопряжённой задачи теплообмена выполнялось средствами программного комплекса CFD Ansys Fluent.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Температура нагреваемого теплоносителя достигла своего максимального значения для варианта цилиндрического ТА и составила 53,44°С. Однако, сравнение конических и цилиндрических ТА по критерию Кирпичева показывает преимущество первых: конический теплообменник с углом при вершине равным 50° показал значение 17,92 против 15,7 у цилиндрического, что свидетельствует о более высоких энергетических показателях конической конфигурации. Замена гладкой трубы на пружинно-витой канал приводит к увеличению конечной температуры нагреваемого теплоносителя до 61,3 °С, что на 11,97 °С выше исходного значения. При этом коэффициент эффективности Кирпичева для данного теплообменника достиг 18,32.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В рамках проведённого исследования были выполнены расчёты конических змеевиковых ТА типа «труба в трубе» на основе гладкостенного элемента круглого сечения. Установлено, что рост угла при вершине конуса оказывает заметное влияние на процессы теплообмена, причём наиболее выраженным это воздействие становится в диапазоне от 50° до 70°. На основании совокупности полученных данных авторы принимают значение угла при вершине конуса равным 50° оптимальным. Подтверждается техническая и энергетическая целесообразность применения конических теплообменников на базе пружинно-витых каналов.
RELEVANCE of this work is due to the need to study the effect of the cone apex angle on the heat transfer efficiency by comparing several variants of coil-type heat exchangers (HE) of the "pipe in pipe" type. PURPOSE. To determine the degree of influence of the angle at the cone apex on the thermohydrodynamic efficiency of heat exchangers based on spring-twisted channel.
METHODS. The calculations of the conical coil HE was performed based on theoretical research and the solution of the conjugate heat transfer problem.
RESULTS. The maximum temperature value of the heated coolant was recorded for the cylindrical HE and was 53.44 °C. At angles ranging from 0 to 50°, the temperature difference was 5.12 °C (9.6%), while the cylindrical HE was 32.3% longer. The element's length was reduced by 14% when the angle was changed from 30 to 50°. The advantage of conical HE is confirmed by a higher value of the Kirpichev factor — 17,92 against 15,70 for cylindrical analogues. Replacing a smooth pipe with a spring-twisted channel allows you to obtain a final temperature of the heated coolant of 61.3 °C, which exceeds the base indicator by 11.97 °C; the Kirpichev efficiency factor for this option is 18,32. The calculations were performed for conical coil heat exchangers of the "pipe in a pipe" type based on a spring-twisted channel with a circular cross-section. It was found that an increase in the angle at the apex of the cone has a significant impact on the heat exchange processes, with the most pronounced effect occurring in the range of 50° to 70°. Based on the obtained data, the authors assume that the angle at the apex of the cone is equal to 50°. The technical and energy feasibility of using conical HE, as well as replacing smooth pipes with spring-twisted channels, is confirmed by the results of the calculations.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.