Аналіз теоретичних досліджень інтенсифікованого теплообміну в трубах

Simple item page
dc.contributor.authorМельник, В. І.
dc.contributor.authorЦимбал, Б. М.
dc.date.accessioned2025-06-17T11:12:07Z
dc.date.issued2020
dc.description.abstractВ роботі на основі аналізу математичних моделей обґрунтовано недоліки і переваги різних конструкцій теплообмінників з завихрювачами та їх вплив на гідродинаміку і теплообмін закручених потоків. Більшість теплообмінників з завихрювачами мають складну форму. Збільшення теплообміну при застосуванні гвинтових закручувачів потоку відбувається завдяки інтенсифікації теплообміну між ядром потоку та приграничним шаром. Відбувається це при турбулізації закрученого потоку під впливом відцентрових сил. В такому разі ефективна швидкість вища ніж при звичайній турбулентності потоку. Процес протікає більш інтенсивно при низьких числах Рейнольдса. При ламінарних режимах течії визначальним механізмом перенесення тепла є теплопровідність поперек потоку, по нормалі до стінки. В такому випадку інтенсивність тепловіддачі відносно мала. Для підвищення теплопередачі треба використовувати труби з гвинтовою поверхнею теплообміну (однозахідною та багатозахідною спіральною накаткою), в яких відбувається ламінарний закручений рух рідини. На відміну від турбулентної течії, в ламінарному потоці термічний опір в каналі більш рівномірно розподілений по всьому його поперечному перетині, тому для інтенсифікації тепловіддачі необхідний вплив, що збурює потік в межах зони пристінної течії. Найбільш перспективними є теплообмінники з труб з однозахідною або багатозахідною спіральною накаткою. На відміну від трубчастих теплообмінників без накатки, вони мають більшу площу теплообміну та меншу матеріалоємність. При цьому на відміну від стрічкових вставок та закручувачів, труби з накаткою мають гідравлічний опір пристінного шару, який зменшується швидше, ніж зростають втрати тиску. Використання труб з спіральною накаткою в енергетичних палях з теплообмінниками дозволить знизити масо-габаритні характеристики не тільки теплообмінника, але й самої палі. В такому випадку інтенсифікація теплообміну визначається гідродинамікою потоку у в’язкому пристінному шарі, тобто порушенням упорядкованості течії рідини за рахунок його закручування. Проведений аналіз відомих математичних моделей інтенсифікаторів теплообміну дозволяє сформувати вимоги до перспективних конструкцій теплообмінників. В подальшому це дасть можливість розробити нову математичну модель гідродинаміки та теплообміну у забивній палі з Uподібним теплообмінником в якій враховані всі приведені в роботі недоліки. Спираючись на дослідження гідродинаміки і теплообмінних процесів потрібно провести оптимізацію конструкції теплообмінника, а саме, геометрію поперечного перетину труб, форму укладки труб в тілі палі, а також глибину, кут і ширину поглиблень спіральної накатки.
dc.description.abstract In the process of work on the basis of the analysis of the mathematical models, the disadvantages and advantages of different constructions of heat exchangers with spirals and their influence on the hydrodynamics and on the heat exchange of the spiral flows, are grounded. Most of the spiral heat exchangers have a complex shape. When using the screw twists of the flow, the increase of the heat exchange occurs due to the intensification of the heat exchange between the core of the flow and the boundary layer. This occurs during the turbulence of the swirling flow under the influence of the centrifugal forces. In this case, the effective speed is higher than during a normal flow turbulence. The process is more intensive at low Reynolds numbers. At laminar flow regimes the determining mechanism of heat transfer is the thermal conductivity across the flow along the normal to the wall. In this case, the heat transfer intensity is relatively low. To increase heat transfer, it is necessary to use some pipes with a helical heat exchange surface (with a single-start and multistart spiral knurling), in which there is a laminar spiral motion of the liquid. In contrast to the turbulent flow, in a laminar flow the thermal resistance in the channel is more evenly distributed over its entire cross section, so for the intensification of the heat transfer, some influence disturbing the flow within the wall zone of the flow, is needed. The most promising are the heat exchangers made of pipes with a single-start or multistart spiral knurling. Unlike the tubular heat exchangers without any knurling, they have a larger heat exchange area and а lower material consumption. At the same time, in contrast to the tape inserts and twists, the pipes with knurling have a hydraulic resistance of the wall layer, which decreases faster than the pressure loss increases. The use of the pipes with a spiral knurling in energy piles with heat exchangers will reduce the weight and size characteristics not only of the heat exchanger, but also of the pile itself. In this case, the intensification of heat transfer is determined by the hydrodynamics of the flow in a viscous wall layer, i.e. the violation of the order of the liquid flow due to its twisting. The carried out analysis of the known mathematical models of heat exchange intensifiers allows to form the requirements for some perspective designs of heat exchangers. In the future this will make it possible to develop a new mathematical model of the hydrodynamics and heat transfer in a pile with an U-shaped heat exchanger, which takes into account all the disadvantages identified in the course of work. Based on the studies of the hydrodynamics and heat exchange processes, it is necessary to optimize the construction of the heat exchanger, namely the geometry of the cross section of the pipes, the shape of the pipe laying in the pile body, as well as the depth, angle and width of the spiral knurling deepening.
dc.identifier.citationМельник В. І., Цимбал Б. М. Аналіз теоретичних досліджень інтенсифікованого теплообміну в трубах. Інженерія природокористування. 2020. №1(15). С. 13 – 28. DOI: https://doi.org/10.37700/enm.2020.1(15).13 – 28.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.37700/enm.2020.1(15).13 – 28
dc.identifier.issn2311-1828
dc.identifier.urihttps://dspace.mipolytech.education/handle/mip/2166
dc.language.isouk
dc.publisherХарківський національний технічний університет сільського господарства ім. П. Василенка
dc.subjectпаля
dc.subjectтеплообмінник
dc.subjectнакатка
dc.subjectтеплота
dc.subjectефективність
dc.subjectгідравлічні втрати
dc.subjectчисло Нусельта
dc.subjectматематична модель
dc.subjectоптимізація
dc.subjectpile
dc.subjectheat exchanger
dc.subjectknurling
dc.subjectheat
dc.subjectefficiency
dc.subjecthydraulic losses
dc.titleАналіз теоретичних досліджень інтенсифікованого теплообміну в трубах
dc.title.alternativeAnalysis of the theoretical studies of the intensified heat exchange in pipes
dc.typeArticle

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Thumbnail Image
Name:
Аналіз теоретичних досліджень інтенсифікованого теплообміну в трубах.pdf
Size:
1.04 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Download

License bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Thumbnail Image
Name:
license.txt
Size:
10.29 KB
Format:
Item-specific license agreed to upon submission
Description:
Download

Collections

Кафедра автоматизації, електро- та робототехнічних систем (АВЕРС)