Mоделирование температурных профилей и эффективности теплообменных аппаратов с интенсификаторами

Рассмотрена задача определения полей температур в потоках и эффективности теплообменников с интенсификацией металлическими хаотичными насадочными упаковками. Представлены результаты экспериментальных исследований нагрева индустриального масла горячей водой в теплообменнике типа – "труба в трубе", где во внутренней трубе размещена хаотичная насадка с номинальным размером 6 мм. Насадка за счет турбулизации потока масла обеспечивает переход от ламинарного режиму к турбулентному и значительное повышение коэффициента теплоотдачи (в 15-20 раз). Для расчета температурных профилей в каналах записана ячеечная модель структуры потоков, где основными параметрами являются тепловое число единиц переноса и число ячеек полного перемешивания. Даны выражения для расчета этих параметров в трубах с хаотичными насадками. Приведены результаты расчетов профилей температур при различных расходах нагреваемого масла и показано удовлетворительное согласование с опытными данными. Расчет температурных полей позволяет учесть изменение теплофизических свойств потоков по длине каналов, что особенно важно для углеводородных смесей с повышенной вязкостью и большими числами Прандтля. Представленная математическая модель позволяет учесть структуру потоков теплоносителей в аппаратах с интенсификаторами и вычислить тепловую эффективность процессов нагрева и охлаждения сред.

1. Isaev S.A., Baranov P.A., Leontev A.I., et al. Intensification of a laminar flow in a narrow microchannel with single-row inclined oval-trench dimples // Technical Physics Letters. 2018. V.44. №5. pp.398-400.

2. Yoon S., Lee S.R., Kim M.J., Kim W.J. Evaluation of stainlesa steel pipe perfomance as a grounde heat exchanger in groun-source heat-pump system // Energy. 2016. V. 113. pp. 328-337.

3. Yagov V.V. Heat transfer during cooling of high temperature spheres in subcooled water at different pressures // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. V. 110. pp. 219-230.

4. Комиссаров Ю.А., Гордеев Л.С., Вент Д.П. Основы конструирования и проектирования промышленных аппаратов. М.: Издательство Юрайт, 2017. 368 с.

5. Лаптева Е.А. Эффективность явлений переноса в газожидкостных средах при десорбции и охлаждении жидкостей. – Казань: Отечество, 2019. 224 с.

6. Кафаров В.В., Винаров А.Ю., Гордеев Л.С. Моделирование и системный анализ биохимических производств. М.: Лесн. Пром-сть, 1985. 280 с.

7. Гильденблат И.А. Влияние структуры потоков на эффективность работы теплообменных аппаратов. М., МХТИ им Д.И. Менделеева, 1979. 24с.

8. Бобылев В.Н. Тепловой расчет подогревателя с учетом структуры потоков теплоносителя // Химическая промышленность сегодня. 2009. № 7. C. 45-50.

9. Pavlenko A.N. Heat transfer and dynamics of transient processes at liquid film flowing on smooth and modified surfaces // IWHT2019. 25th International Workshop on Heat/Mass Transfer Advances for Energy Conservation and Pollution Control. 2019. C. 12-52.

10. Leont'ev A.I., Lushchik V.G., Makarova M.S. Features of heat transfer on a permeable surface in a compressible-gas flow // Doklady Physics. 2019. Т. 63, №9. С. 371-374.

11. Kovalnogov V.N. Modeling and numerical technique for investigating of turbulent transfer in a non-stationary boundary layer at impacts // AIP Conference Proceedings. 2019. Т. 2116. №. 1. С. 32-45.

12. Голованчиков А.Б., Воротнева С.Б. Моделирование работы двухтрубного теплообменника с учетом теплодиффузии газового теплоносителя // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2015. Т. 58. №. 9. С. 58-62.

13. Лаптев А.Г., Фарахов Т.М., Дударовская О.Г. Эффективность явлений переноса в каналах с хаотичными насадочными слоями. Спб.: Страта. 2016. 214 с.

14. Фарахов Т.М., Афанасьев Е.П., Лаптев А.Г. Экспериментальное исследование теплопередачи масло- вода через стенку в канале с хаотичными металлическими элементами // Вестник технологического университета. 2016. Т.19. № 23. С. 53-55.

15. Фарахов Т.М., Афанасьев Е.П., Лаптев А.Г. Тепловая эффективность канала с интенсификаторами для углеводородных смесей // Труды Академэнерго, 2018. №4 С. 17-27.