Численное моделирование теплообмена и определение тепловых и гидравлических характеристик в стендовом теплообменном аппарате змеевикового типа

Рассмотрено численное моделирование теплообмена в стендовом теплообменном аппарате змеевикового типа. Исследуемый многозаходный спиральный теплообменный аппарат, являющийся неотъемлемой частью оборудования стенда для проведения испытаний авиационных двигателей, предназначен для снижения температуры газа перед стендовой запорной арматурой. Выполнено численное решение задачи сопряженного теплообмена. Выявлены особенности течения и теплообмена для различных значений числа Рейнольдса Re. Проведена оценка интегральных параметров теплообменного аппарата: перепада температуры и давления. Получены зависимости тепловых и гидравлических характеристик теплообменного аппарата от числа Рейнольдса Re. Для характерных режимов течения представлены картины распределения теплогидравлических параметров: температуры, давления и скорости.

Литература

[1] Фролов К.В., ред. Машины и аппараты химических и нефтехимических производств. Машиностроение. Энциклопедия. Москва, Машиностроение, т. IV-12, 2004. 832 с.

[2] Мартыненко О.Г. Справочник по теплообменным аппаратам. В 2 т. Т. 1. Москва, Энергоатомиздат, 1987. 560 с.

[3] Солонин В.И., Сатин А.А. Моделирование теплообмена в змеевиковом теплообменнике применительно к реакторной установке «УНИТЕРМ». Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, № 10, с. 398–412. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/727220.html (дата обращения 15 мая 2017).

[4] Naphon P. Thermal performance and pressure drop of the helical-coil heat exchangers with and without helically crimped fins. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2007, vol. 34(3), pp. 321–330.

[5] Naphon P., Wongwises S. A review of flow and heat transfer characteristics in curved tubes. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2006, vol. 10, no. 5, pp. 463–490.

[6] Jayakumar J.S., Mahajani S.M., Mandal J.C., Vijayan P.K., Bhoi R. Experimental and CFD estimation of heat transfer in helically coiled heat exchangers. Chemical Engineering Research and Design, 2008, vol. 86(3), pp. 221–232.

[7] Shokouhmand H., Salimpour M.R., Akhavan-Behabadi M.A. Experimental investigation of shell and coiled tube heat exchangers using Wilson plots. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2007, vol. 35(1), pp. 84–92.

[8] Ghorbani N., Taherian H., Gorji M., Mirgolbabaei H. Experimental study of mixed convection heat transfer in vertical helically coiled tube heat exchangers. Experimental Thermal and Fluid Science, 2010, vol. 34(7), pp. 900–905.

[9] Ghorbani N., Taherian H., Gorji M., Mirgolbabaei H. An experimental study of thermal performance of shell-and-coil heat exchangers. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2010, vol. 37(7), pp. 775–781.

[10] Salimpour M.R. Heat transfer of a temperature-dependent-property fluid in shell and tube heat exchangers. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2008, vol. 35(9), pp. 1190–1195.

[11] Salimpour M.R. Heat transfer coefficients of shell and coiled tube heat exchangers. Experimental Thermal and Fluid Science, 2009, vol. 33(2), pp. 203–207.

[12] Naphon P., Suwagrai J. Effect of curvature ratios on the heat transfer and flow developments in the horizontal spirally coiled tubes. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2007, vol. 50(3–4), pp. 444–451.

[13] Chen C.-N., Han J.-T., Shao L., Chen W.-W., Jen T.-C. Experimental study on CHF characteristics of R134a flow boiling in horizontal helically-coiled tubes. 14th International Heat Transfer Conference, 8–13 August 2010, Washington, 2010, vol. 1, pp. 337–346.

[14] Naphon P., Wongwises S. A study of the heat transfer characteristics of a compact spiral coil heat exchanger under wet-surface conditions. Experimental Thermal and Fluid Science, 2005, vol. 29, pp. 511–521.

[15] Zamankhan P. Heat transfer in counterflow heat exchangers with helical turbulators. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2010, vol. 15(10), pp. 2894–2907.

[16] Kharat R., Bhardwaj N., Jha R.S. Development of heat transfer coefficient correlation for concentric helical coil heat exchanger. International Journal of Thermal Sciences, 2009, vol. 48(12), pp. 2300–2308.

[17] Naphon P. Thermal performance and pressure drop of the helical-coil heat exchangers with and without helically crimped fins. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2007, vol. 34, is. 3, pp. 321–330.

[18] Rennie T.J., Raghavan V.G.S. Experimental studies of a double-pipe helical heat exchanger. Experimental Thermal and Fluid Science, 2005, vol. 29(8), pp. 919–924.

[19] Prabhanjan D.G., Raghavan G.S.V., Rennie T.J. Comparison of heat transfer rates between a straight tube heat exchanger and a helically coiled heat exchanger. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2002, vol. 29(2), pp. 185–191.

[20] Александров В.Ю., Арефьев К.Ю., Ильченко М.А., Ананян М.В. Исследование эффективности рабочего процесса в малогабаритных генераторах высокоэнтальпийного воздушного потока. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015, № 8, с. 75–86. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/798965.html (дата обращения 1 сентября 2015).

[21] Александров В.Ю., Арефьев К.Ю., Ильченко М.А. Расчетно-экспериментальное исследование пульсационных процессов в малогабаритных огневых подогревателях воздуха. Физика горения и взрыва, 2016, № 4, с. 74–81.

[22] Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Москва, Наука, 1972. 721 с.

[23] Favre A. Equations des gaz turbulents compressibles. Part 1: Formes generales. Journal de Mecanique, 1965, vol. 4, no. 3, pp. 361–390.

[24] Favre A. Equations des gaz turbulents compressibles. Part 2: method des vitesses moyennes; methode des vitesses moyennes ponderees par la masse volumique. Journal de Mecanique, 1965, vol. 4, no. 3, pp. 391–421.