Влияние нестационарности течения теплоносителя в канале матрицы вращающегося теплообменного аппарата на его тепловые параметры при ламинарном течении

Исследовано влияние нестационарности процесса ламинарного течения газа в канале ленточно-щелевой матрицы вращающегося теплообменного аппарата на его тепловые характеристики. Выполнено математическое моделирование сопряженного теплообмена при течении потока воздуха вдоль стальных стенок, образующих исследуемый канал. Ввиду особенностей работы вращающегося теплообменного аппарата для получения параметров сопряженного теплообмена в номинальном режиме математическое моделирование проводилось многократно с использованием полученных результатов в качестве начальных условий для следующих расчетов. Установлено, что течение газа в исследуемом канале матрицы теплообменного аппарата становится циклически повторяющимся после 60 циклов. Получены кривые распределения местных значений критерия Нуссельта по длине канала на всех временных шагах процесса течения газа, а также значения критерия Нуссельта, осредненные по длине канала. Показано, что среднее по длине значение критерия Нуссельта плавно растет с течением времени. Определено осредненное по времени значение критерия Нуссельта, которое несколько выше, чем полученные в стационарной постановке.

Литература

[1] Грачев Л.П., Булат П.В., Есаков И.И. и др. Способ сжигания сверхбедных топливных смесей в камерах сгорания энергетической микротурбины с помощью стримерного разряда. Проблемы региональной энергетики, 2018, № 2. URL: https://journal.ie.asm.md/assets/files/08_02_37_2018.pdf

[2] Костюков А.В., Косач Л.А., Горновский А.С. и др. Многоцелевая высокоэффективная микротурбина мощностью 50 квт. Наукоград, 2016, № 2, с. 23–26.

[3] Шевелев Д.В., Сомкин С.А. Выбор оптимальных параметров термодинамического цикла когенерационных микроГТУ. Инженерный журнал: наука и инновации, 2014, № 9, doi: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2014-9-1277

[4] Shah R. Compact heat exchangers for microturbines. URL: https://www.sto.nato.int/publications/STO%20Educational%20Notes/RTO-EN-AVT-131/EN-AVT-131-02.pdf (дата обращения: 15.02.2022).

[5] Сафонов Е.В., Бромер К.А., Шульц А.О. и др. Особенности конструкции эффективных рекуператоров микрогазотурбинных энергоустановок. Вестник ЮУрГУ. Сер. Машиностроение, 2013, № 2, с. 63–67.

[6] Костюков А.В., Алексеев Р.А. Повышение эффективности роторного теплообменника малоразмерного газотурбинного двигателя. Известия МГТУ МАМИ, 2012, № 1, с. 52–58.

[7] Kilkovský B., Jegla Z. Preliminary design and analysis of regenerative heat exchanger. Chem. Eng. Trans., 2016, vol. 52, pp. 655–660, doi: https://doi.org/10.3303/CET1652110

[8] Melian E., Klein H., Thißen N. Improvement of a nusselt-based simulation model for heat transfer in rotary heat exchangers. Energies, 2021, vol. 14, no. 1, art. 10, doi: https://dx.doi.org/10.3390/en14010010

[9] Kostukov A.V., Kosach L.A., Dementievet A.A. Experimental study of a rotary heat exchanger with a metal mesh matrix. J. Phys.: Conf. Ser., 2021, vol. 2096, art. 012205, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2096/1/012205

[10] Konecna E., Masa V. Review of gas microturbine application in industry. Chem. Eng. Trans., 2019, vol. 76, pp. 355–360, doi: http://dx.doi.org/10.3303/CET1976060

[11] Wołowicz M., Kolasi´nski P., Badyda K. Modern small and microcogeneration systems-a review. Energies, 2021, vol. 14, no. 3, art. 785, doi: https://doi.org/10.3390/en14030785

[12] Neale A., Derome D., Blocken B. et al Jan. Determination of surface convective heat transfer coefficients by CFD. Proc. 11th NBEC Canadian Building Sci. Technol. Conf., 2007. URL: https://www.researchgate.net/publication/267426300_Determination_of_Surface_Convective_Heat_Transfer_Coefficients_by_CFD (дата обращения: 15.02.2022).

[13] Reis M.C., Sphaier L.A. Analysis of angular heat conduction in rotary heat regenerators. In: 13th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering (ENCIT), 2010. URL: https://www.abcm.org.br/anais/encit/2010/PDF/ENC10-0178.pdf (дата обращения: 15.02.2022).

[14] Кулинченко В.Р. Справочник по теплообменным расчетам. Киев, Тэхника, 1990. 163 с.

[15] Matyushenko A.A., Stabnikov A.S., Garbaruk A.V. Criteria of computational grid generation for turbulence models taking into account laminar-turbulent transition. J. Phys.: Conf. Ser., 2019, vol. 1400, art. 077047, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1400/7/077047

[16] Ефремов В.Р., Курулин В.В., Козелков А.С. др. Использование пристеночных функций для моделирования турбулентного теплового пограничного слоя. Журнал вычислительной математики и математической физики, 2019, т. 59, № 6, с. 1037–1046, doi: https://doi.org/10.1134/S004446691906005X