Анализ путей повышения эффективности трубы Леонтьева

Приведены принципы работы устройства газодинамического энергоразделения газа (трубы Леонтьева). Выполнен анализ возможных путей повышения эффективности его работы. Показано, что для газов с числом Прандтля порядка 0,7 увеличение количества переданной теплоты возможно за счет использования: вихревых механизмов интенсификации теплообмена и влияния сконденсированной фазы на интенсификацию теплообмена. Модернизирована методика расчета данного класса устройств, позволившая учесть влияние сконденсированной фазы на интенсификацию теплообмена. При этом учитывается не только теплота фазовых переходов в процессе конденсации, но и дополнительное влияние на коэффициент восстановления температуры на стенке сверхзвукового канала слабых скачков уплотнения, вызванных течением сконденсированной фазы. По данным экспериментальных исследований на природном газе выполнена верификация модернизированной методики расчета. В результате численных исследований установлено, что при наличии конденсирующихся компонентов в сверхзвуковом потоке рабочего тела эффективность устройства газодинамического энергоразделения может быть повышена в 1,3–1,7 раза без значительного роста потерь полного давления в сверхзвуковом канале устройства энергоразделения.

Литература

[1] Леонтьев А.И. Способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (Труба Леонтьева). Пат. 2106581 РФ. МПК F25B9/02, заявл. 23.05.1996, опубл. 10.03.1998, бюл. № 7. 5 с.

[2] Леонтьев А.И. Газодинамический метод энергоразделения газовых потоков. ТВТ, 1997, т. 35, № 1, с. 157–159.

[3] Леонтьев А.И. Температурная стратификация сверхзвукового газового потока. Доклады Академии Наук, 1997, т. 354, № 4, с. 475–477.

[4] Бурцев С.А., Леонтьев А.И. Исследование влияния диссипативных эффектов на температурную стратификацию в потоках газа (обзор). ТВТ, 2014, т. 52, № 2, с. 310–322. doi: 10.7868/S0040364413060069.

[5] Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. Москва, Энергоатомиздат, 1985. 320 с.

[6] Бурцев С.А. Анализ влияния различных факторов на значение коэффициента восстановления температуры на поверхности тел при обтекании потоком воздуха. Обзор. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004, № 11, 28 с. URL:http://technomag.bmstu.ru/doc/551021.html.

[7] Леонтьев А.И., Лущик В.Г., Якубенко А.Е. Коэффициент восстановления в сверхзвуковом потоке газа с малым числом Прандтля. ТВТ, 2006, т. 44, № 2, с. 238–245.

[8] Здитовец А.Г., Титов А.А. Влияние формы поверхности теплоизолированного стержня, омываемого сверхзвуковым потоком, на коэффициент восстановления температуры. Известия РАН. Энергетика, 2007, № 2, с. 111–117.

[9] Бурцев С.А., Киселёв Н.А., Васильев В.К., Титов А.А. Экспериментальное исследование характеристик поверхностей, покрытых регулярным рельефом. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013, № 1, с. 263–290. doi: 10.7463/0113.0532996.

[10] Бурцев С.А. Исследование температурной стратификации газа. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 1998, № 2, с. 65–72.

[11] Леонтьев А.И., Бурцев С.А., Визель Я.М., Чижиков Ю.В. Экспериментальное исследование газодинамической температурной стратификации природного газа. Газовая промышленность. 2002. № 11. С. 72–75.

[12] Здитовец А.Г., Титов А.А. Экспериментальное исследование газодинамического метода безмашинного энергоразделения воздушных потоков. Тепловые процессы в технике, 2013, № 9, с. 391–397.

[13] Виноградов Ю.А., Ермолаев И.К., Здитовец А.Г., Леонтьев А.И. Измерение равновесной температуры стенки сверхзвукового сопла при течении смеси газов с низким значением числа Прандтля. Известия РАН. Энергетика, 2005, № 4, c. 128–133.

[14] Волчков Э.П., Макаров М.С. Газодинамическая температурная стратификация в сверхзвуковом потоке. Известия РАН. Энергетика, 2006, № 2, c. 19–31.

[15] Ковальногов Н.Н., Федоров Р.В. Численный анализ коэффициентов восстановления и теплоотдачи в высокоскоростном потоке. Известия вузов. Авиационная техника, 2007, № 3, c. 54–58.

[16] Макаров М.С., Макарова С.Н. Эффективность энергоразделения при течении сжимаемого газа в плоском канале. Теплофизика и аэромеханика, 2013, т. 20, № 6, с. 777–787.

[17] Бурцев С.А. Исследование путей повышения эффективности газодинамического энергоразделения. ТВТ, 2014, т. 52, № 1, с. 14–21. doi: 10.7868/S0040364414010062.

[18] Бурцев С.А., Леонтьев А.И. Температурная стратификация в сверхзвуковом потоке газа.  Известия РАН. Энергетика, 2000, № 5, с. 101–113.

[19] Leontiev A.I., Lushchik V.G., Yakubenko A.E. A heat-insulated permeable wall with suction in a compressible gas flow. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2009, vol. 52, is. 17–18, pp. 4001–4007.

[20] Леонтьев А.И., Лущик В.Г., Якубенко А.Е. Особенности теплообмена в области газовой завесы при вдуве инородного газа. Известия РАН. МЖГ, 2010, № 4, c. 52–59.

[21] Макарова М.С. Оптимизация температуры проницаемой стенки при вдуве инородного газа. Тепловые процессы в технике, 2012, № 7, c. 291–297.

[22] Виноградов Ю.А., Здитовец А.Г., Стронгин М.М. Экспериментальное исследование температурной стратификации воздушного потока, протекающего через сверхзвуковой канал, с центральным телом в виде пористой проницаемой трубки. Известия РАН. МЖГ, 2013, № 5, c. 134–145.

[23] Здитовец А.Г., Виноградов Ю.А., Стронгин М.М., Титов А.А., Медвецкая Н.В. Экспериментальное исследование особенностей теплообмена при вдуве гелия через проницаемую поверхность в сверхзвуковой поток аргона. Тепловые процессы в технике, 2012, № 6, c. 253–260.

[24] Бурцев С.А. Исследование температурного разделения в потоках сжимаемого газа. Дис. ... канд. техн. наук. Москва, МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2001. 124 с.

[25] Бурцев С.А., Киселёв Н.А., Леонтьев А.И. Особенности исследования теплогидравлических характеристик рельефных поверхностей. ТВТ, 2014, т. 52, № 6, с. 895–898. doi: 10.7868/S0040364414060052.

[26] Киселев Н.А., Бурцев С.А., Стронгин М.М. Методика определения коэффициентов теплоотдачи поверхностей с регулярным рельефом. Метрология, 2015, № 3, с. 34–45.

[27] Ковальногов Н.Н., Магазинник Л.М. Численный анализ коэффициентов восстановления температуры и теплоотдачи в турбулентном дисперсном потоке. Известия вузов. Авиационная техника, 2008, № 2, с. 32–36.

[28] Вараксин А.Ю., Протасов М.В., Иванов Т.Ф., Поляков А.Ф. Экспериментальное исследование поведения твердых частиц при их движении в гладкой и формованной лунками трубах. ТВТ, 2007, т. 45, № 2, с. 254–260.

[29] Цынаева А.А., Цынаева Е.А., Ковальногов Н.Н. О возможностях повышения эффективности работы сверхзвуковой трубы температурной стратификации при использовании тепловых труб. Тепловые процессы в технике, 2011, № 8, с. 380–384.

[30] Цынаева А.А., Цынаева Е.А., Школин Е.В. Исследование методов интенсификации теплообмена в трубе температурной стратификации. Известия вузов. Авиационная техника, 2013, № 4, с. 44–46.

[31] Цынаева А.А., Цынаева Е.А., Никитин М.Н. Интенсификация теплообмена в энергетических устройствах на основе газодинамической температурной стратификации с помощью тепловых труб. Промышленная энергетика, 2014, № 12, с. 36–39.

[32] Леонтьев А.И., Бурцев С.А. Устройство вихревого газодинамического энергоразделения. Доклады Академии наук, 2015, т. 464, № 6, с. 679–681. doi: 10.7868/S0869565215300106.

[33] Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Москва, Наука, 1972. 720 с.

[34] Попович С.С., Виноградов Ю.А., Стронгин М.М. Экспериментальное исследование возможности интенсификации теплообмена в устройстве безмашинного энергоразделения потоков. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С. П. Королева, 2015, т. 14, № 2, с. 159–169.

[35] Вараксин А.Ю., Ромаш М.Э., Копейцев В.Н., Горбачев М.А. Метод воздействия на свободные нестационарные воздушные вихри. ТВТ, 2012, т. 50, № 4, с. 533–537. doi: 10.1134/S0018151X12040219.

[36] Вараксин А.Ю. Кластеризация частиц в турбулентных и вихревых двухфазных потоках. ТВТ, 2014, т. 52, № 5, с. 777–796. doi: 10.7868/S0040364414050214.

[37] Терехов В.И., Пахомов М.А., Чичиндаев А.В. Влияние испарения жидких капель на распределение параметров в двухкомпонентном ламинарном потоке. Прикладная механика и техническая физика, 2000, т. 41, № 6, с. 68–77.

[38] Бурцев С.А., Визель Я.М., Леонтьев А.И., Чижиков Ю.В. Способ регулируемого бесподогревного редуцирования магистрального природного газа и устройство для его осуществления. Пат. 2162190 РФ. МПК F17D1/04, F25B9/02, заявл. 18.06.1999, опубл. 20.01.2001, бюл. № 2. 6 с.

[39] Леонтьев А.И., Пилюгин Н.Н., Полежаев Ю.В., Поляев В.М., ред. Научные основы технологий XXI века. Москва, УНПЦ «Энергомаш», 2000. 135 с.