CFD моделювання теплоаеродинамічних характеристик композиційної плоско-овальної труби з неповним гофрованим оребренням

Abstract

Стаття присвячена дослідженню теплоаеродинамічних характеристик оригінальної конструкції теплообмінної поверхні – плоско-овальної труби з неповним гофрованим оребренням, яка може бути використана для модернізації сучасного теплообмінного обладнання. Мета роботи полягала у попередній оцінці ефективності плоско-овальних труб з неповним гофрованим оребренням та отриманні емпіричної залежності для розрахунку за допомогою CFD-моделювання. Об’єкт дослідження – вимушена конвекція при поперечному омиванні композиційної плоско- овальної труби з неповним гофрованим оребренням. Предмет дослідження – теплообмін та аеродинаміка при поперечному омиванні композиційної плоско-овальної труби з неповним гофрованим оребренням. В роботі отримані значення безрозмірного коефіцієнту тепловіддачі та втрати тиску, а також представлена розрахункова залежність для визначення коефіцієнту тепловіддачі та аеродинамічного опору згаданих типів труб. Верифікація даних проводилась з гладкою трубою та трубою зі спіральним оребренням. Науковою новизною роботи є встановлення того факту, що плоско-овальні труби з неповним гофрованим оребренням мають вищий коефіцієнт тепловіддачі порівняно з гладкими трубами (в середньому на 45 – 50 %) та спірально-стрічковою оребреною трубою (в середньому на 25 – 30 %) в умовах одночасного зростання аеродинамічного опору на 25 – 30 при однакових витратах теплоносія. При практичному використанні отриманих результатів конструктори зможуть збільшити площу поверхні теплообміну, що робить ці труби перспективними для використання в енергетиці та промисловості, зокрема сухих градирнях АЕС та ТЕС, теплових утилізаторах котлів, ГТУ тощо.

In the article thermo-aerodynamic characteristics of the original design of a heat exchange surface - a flat-oval tube with incomplete corrugated fins, which can be used for the modernization of heat exchange equipment, are studied. The purpose of the work is a preliminary assessment of the efficiency of flat-oval tubes with incomplete corrugated fins and obtaining an empirical dependence for calculation using CFD modeling. The object of the study is forced convection during transverse washing of a composite flat-oval tube with incomplete corrugated fins. The subject of the study is heat transfer and aerodynamics during transverse washing of a composite flat-oval tube with incomplete corrugated fins. In the work, the values of the dimensionless coefficient of heat transfer and pressure loss are obtained, as well as the calculated dependence for determining the coefficient of heat transfer and aerodynamic resistance of the mentioned types of tubes is presented. Data verification was carried out with a smooth tube and a tube with spiral fins. The scientific novelty of the work is the establishment of the fact that flat-oval tubes with incomplete corrugated fins have a higher heat transfer coefficient compared to smooth tubes (by 45 – 50 % in average) and spiral-ribbed tubes (by 25 – 30 % in average) with simultaneous increasing of aerodynamic resistance by 25 – 30 % at the same flow rate of the heat carrier. Practical application of the obtained results allows designers to increase the surface area of heat exchange, which makes these tubes prospective for using in power engineering and industry, in particular, for dry cooling towers of nuclear power plants and thermal power plants, for boiler heat exchangers, for gas turbine installations, etc.