Применение пористых материалов в теплообменных аппаратах системы теплоснабжения

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.

Интенсивность теплообмена, пористый метал, коэффициент пористости, низкокипящая жидкость, теплообмен

1. Кирсанов Ю. А. Пластинчатый теплообменник. Патент РФ. №2478891. 10.04.2013. Бюл. №10. Доступно по: https://patentdb.ru/patent/2478891. html. Ссылка активна на 20 августа 2019.

2. Горда В.П., Кострубов С.В. Пористо-компактный теплообменник. Патент РФ на изобретение №2001374. 15.10.1993. Бюл. №37-38. Доступно по: https://patentdb.ru/patent/2001374. html.Ссылка активна на 13 августа 2019.

3. Сургучев О. В., Несынов В. И., Куликов Ю. Б., и др. Испарительный элемент. Патент СССР. №494585. 5.12.1975. Бюл. №45. Доступно по: http://patents.su/2-494585-isparitelnyjj-ehlement. html.Ссылка активна на 20 августа 2019.

4. Щукин В. К., Гортышов Ю. Ф., Дресвянников Ф. Н., и др. Теплообменник. Авторское свидетельство СССР. №1460575. 23.02.1989. Бюл. №7. Доступно по: http://patents.su/4-1460575-teploobmennik.html html.Ссылка активна на 20 августа 2019.

5. Кирпач Н.С. Теплообменная поверхность. Авторское свидетельство СССР. №1469288. 30.03.1989. Бюл. №12. Доступно по: http://patents.su/2-1469288-teploobmennaya-poverkhnost.html html.Ссылка активна на 20 августа 2019.

6. Ильющенко А.Ф., Черняк И.Н., Кусин Р.А. и др. Процесс получения пористых проницаемых материалов спеканием электрическим током металлических порошков, волокон и сеток // Динамика систем, механизмов и машин. 2018. Т.6 №2. С. 191-196.

7. Хохлов М.А., Ищенко Д.А. Конструкционные сверхлегкие пористые металлы // Автоматическая сварка. 2015. №3-4. С. 60-65.

8. Ишкова З.А., Колунин В.С. Влияние типа и толщины пористых материалов на результаты измерения максимального размера сквозных пор // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2019. Т.5. № 1. С. 87-96.

9. Рыдалина Н.В. Экспериментальное исследование возможности увеличения плотности теплового потока // Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе. Материалы Национальной с международным участием научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых учѐных и специалистов. 2018. С. 125-128.

10. Пелевин Ф.В., Пономарев А.В., Семенов П.Ю. Рекуперативный теплообменный аппарат с пористым металлом для жидкостного ракетного двигателя // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2015. №6. С. 74-81.

11. Трушляков В.И., Куденцов В.Ю., Лесняк И.Ю. и др Экспериментальные исследования процессов тепло- и массообмена при испарении жидкостей // Динамика систем, механизмов и машин. 2016. Т. 1. №2. С. 10-17.

12. Губкин А. С. Численный расчет проницаемости в двумерной пористой среде со скелетом из случайно расположенных пересекающихся дисков / А. С. Губкин, Д. Е. Игошин, Д. В. Трапезников // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2016. Т. 2. № 4. С. 54-68.

13. Hamadouche, A., Azzi, A., Abboudi, S., et al. Enhancement of heat exchanger thermal hydraulic performance using aluminum foam // Experimental Thermal and Fluid Science 2018, 92l pp. 1-12.

14. Soleimanikutanaei S., Lin C.-X., Wang D. Modeling and simulation of cross-flow transport membrane condenser heat exchangers // International Communications in Heat and Mass Transfer 2018, 95 рр. 92-97

15. Родионов С. П. Моделирование процесса двухфазной фильтрации с учетом воздействия периодической нагрузки / С. П. Родионов, А. Ю. Боталов, Д. Ю. Легостаев // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2016. Т. 2. № 2. С. 73–83.

16. Buonomo B., Di Pasqua A., Ercole D., et al. Numerical investigation on a Heat Exchanger in Aluminum Foam // Energy Procedia. 2018; 148 рр. 782-789.

17. Осипов С.Н., Захаренко А.В. Энергоэффективные малогабаритные теплообменники из пористых теплопроводных материалов // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 4 С. 346-358.

18. Курпатенков А.В., Поляев В.И., Синцов А.Л. Способ теплообмена между двумя теплоносителями. Авторское свидетельство СССР. №1423905. 15.09.1988. Бюл. №34. Доступно по: https://patentdb.ru/patent/1423905. html.Ссылка активна на 20 августа 2019.

19. Синцов А.Л., Поляев В.М., Курпатенков А.В. Теплообменное устройство с регулируемым теплосьемом. Авторское свидетельство СССР. №1223009. 07.04.1986. Бюл. №13. Доступно по: https://patentdb.ru/patent/1223009. html.Ссылка активна на 20 августа 2019.

20. Bartis A. Resistance type fluid heating apparatus. Patent US. №3833791. 09.03.1974. Available at: http://www.freepatentsonline.com/3833791.html html. Accessed to: 20 avg 2019.

21. John L., James F., Richard P. Porous plate condenser. Patent US. №3394756. 05.01.1976. Available at: http://www.freepatentsonline.com/3394756.pdf html. Accessed to: 20 avg 2019.

22. Попов И.А. Гидродинамика и теплообмен в пористых теплообменных элементах и аппаратах. Интенсификация теплообмена: монография. Казань: Центр инновационных технологий, 2007. 240 с.

23. Гортышов Ю.Ф. и др. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования. Казань: Центр инновационных технологий, 2009. 531 с.

24. Davletbaev V., Rydalina N., Antonova E. Experimental investigation of the heat exchange intensity // MATEC Web of Conferences 245. SPb.: 2018, 07002.