Численное исследование теплообмена и аэродинамического сопротивления аппаратов воздушного охлаждения с вытяжной шахтой

Маршалова Г. С.; Баранова Т. А.; Жукова Ю. В.; Чорный А. Д.; Сухоцкий А. Б.; Данильчик Е. С.; Миронов А. А.; Кадыров Р. А.; Попов И. А.

Численное исследование теплообмена и аэродинамического сопротивления аппаратов воздушного охлаждения с вытяжной шахтой

Маршалова Г. С.,

Баранова Т. А.,

Жукова Ю. В.,

Чорный А. Д.,

Сухоцкий А. Б., Данильчик Е. С., Миронов А. А., Кадыров Р. А.,

Попов И. А.

2022

https://doi.org/10.29235/1561-8358-2022-67-3-298-306

Представлены результаты численного исследования теплоаэродинамических характеристик аппаратов воздушного охлаждения с установленной вытяжной шахтой. Исследования проведены для аппаратов воздушного охлаждения с четырехрядными пучками оребренных труб, установленных в шахматном порядке. Численное моделирование осуществлялось с использованием газодинамического решателя Ansys Fluent. Для замыкания уравнений Рейнольдса применялись κ-ω модели переноса сдвиговых напряжений Ментера. Полученные численные результаты позволили визуализировать течение воздуха в пучке и вытяжной шахте, установить неравномерность скоростей и температур. Показано, что распределение температуры в потоке, проходящем через вытяжную шахту, зависит от высоты вытяжной шахты. Установлено, что при малых высотах шахты в следе за пучком из-за колебательного движения следа формируется динамическая и температурная неоднородность, которая приводит к подсосу холодного воздуха через шахту из окружающей среды. При увеличении высоты шахты температурная неоднородность сдвигается вверх по ходу воздуха в шахте, и неустойчивость затухает. Получено, что максимальная теплоотдача при одинаковых гидравлических потерях достигается при установке шахты с высотой H > 1,16 м. Полученные результаты могут быть использованы для модернизации существующих аппаратов воздушного охлаждения, а также при проектировании новых аппаратов с вытяжной шахтой.

Маршалова Г. С., Баранова Т. А., Жукова Ю. В., Чорный А. Д., Сухоцкий А. Б., Данильчик Е. С., Миронов А. А., Кадыров Р. А., Попов И. А. Численное исследование теплообмена и аэродинамического сопротивления аппаратов воздушного охлаждения с вытяжной шахтой. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. 2022;67(3):298-306. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2022-67-3-298-306

Цитирование

Список литературы

1. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения: справочник / А.Н. Бессонный [и др.]; под ред. А.Н. Бессонного, В.Б. Кунтыша. – СПб.: Недра, 1996. – 512 с.

2. Королев, И.И. О комбинированных системах охлаждения ТЭЦ / И.И. Королев, Е.В. Генова, С.Е. Бенклян // Теплоэнергетика. – 1996. – №11. – C. 49–55.

3. Численное моделирование вихревой интенсификации теплообмена в пакетах труб / Ю.А. Быстров [и др.]. – СПб.: Судостроение, 2005. – 392 с.

4. Combined air-cooled condenser layout with in line configured fiined tube bundles to improve cooling performance / Y.Q. Kong [et al.] // Appl. Therm. Eng. – 2019. – Vol. 154. – P. 505–518. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.03.099

5. Теплоотдача естественной конвекцией одиночного ряда вертикальных оребренных труб калориферов лесосушильных камер / В.Б. Кунтыш [и др.] // Лесн. журн. – 2002. – №2. – С. 116–121.

6. Зорин, В.М. Атомные электростанции: учеб. пособие / В.М. Зорин. – М.: Изд. дом МЭИ, 2012. – 672 с.

7. Инженерный метод теплового расчета аппарата воздушного охлаждения в режиме свободно-конвективного теплообмена / В.Б. Кутыш [и др.] // Хим. и нефтегаз. машиностроение. – 2013. – №12. – С. 3–6.

8. Самородов, А.В. Совершенствование методики теплового расчета и проектирования аппаратов воздушного охлаждения с шахматными оребренными пучками: дис. … канд. техн. наук / А.В. Самородов. – Архангельск, 1999. – 176 л.

9. Cheng, T.S. Characteristics of mixed convection heat transfer in a lid-driven square cavity with various Richardson and Prandtl numbers / T.S. Cheng // Int. J. Therm. Sci. – 2011. – Vol. 50, №2. – P. 197–205. http://dx.doi.org/10.1016/j. ijthermalsci.2010.09.012

10. Мартыненко, О.Г. Теплообмен смешанной конвекцией / О.Г. Мартыненко, Ю.А. Соковишин. – Минск: Наука и техника, 1975. – 256 с.

11. Мильман, О.О. Экспериментальное исследование теплообмена при естественной циркуляции воздуха в модели воздушного конденсатора с вытяжной шахтой / О.О. Мильман // Теплоэнергетика. – 2005. – №5. – С. 16–19.

12. Васильев, Ю.Н. Системы охлаждения компрессорных и нефтеперекачивающих станций / Ю.Н. Васильев, Г.А. Марголин. – М.: Недра, 1977. – 222 с.

13. Габдрахманов, А.А. Повышение эффективности эксплуатации аппаратов воздушного охлаждения на магистральных газопроводах: автореф. дис. … канд. техн. наук / А.А. Габдрахманов; Уфим. гос. нефт. техн. ун-т. – Уфа, 2007. – 24 с.

14. 3D CFD simulations of air cooled condenser-II: Natural draft around a single finned tube kept in a small chimney / A. Kumar [et al.] // Int. J. Heat Mass Transfer. – 2016. – Vol. 92. – P. 507–522. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.07.136

15. Маршалова, Г.С. Тепловой расчет и проектирование аппаратов воздушного охлаждения с вытяжной шахтой: дис. … канд. техн. наук / Г.С. Маршалова. – Минск, 2019. – 153 л.

16. Маршалова, Г.С. Повышение энергосбережения в аппаратах воздушного охлаждения интенсификацией внешнего теплообмена / Г.С. Маршалова, А.Б. Сухоцкий, В.Б. Кунтыш // Хим. и нефтегаз. машиностроение. – 2020. – №2. – С. 3–7.

17. Маршалова, Г.С. Аэродинамическое сопротивление при малых числах Рейнольдса и методика расчета скорости воздуха в одно- и многорядных оребренных пучках с вытяжной шахтой / Г.С. Маршалова, А.Б. Сухоцкий // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-мат. навук. – 2021. – Т. 57, №1. – С. 108–118. https://doi.org/10.29235/1561-2430- 2021-57-1-108-118

18. Durbin, P.A. Statistical Theory and Modeling for Turbulent Flows / P.A. Durbin, B.A. Pettersson-Reif. – Willey, 2001. – 367 p.

19. ANSYS Fluent Theory Guide. Release 15.0 [Electronic resource]. – 2013. – Mode of access: http://www.pmt.usp. br/academic/martoran/notasmodelosgrad/ANSYS%20Fluent%20Theory%20Guide%2015.pdf – Date of access: 16.04.2022.

20. Menter, F.R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model / F.R. Menter, M. Kuntz, R. Langtry // Turbulence. Heat and Mass Transfer. – 2003. – Vol. 4. – P. 625–632.

21. Alam, Md. Mahbub. Aerodynamic characteristics of two side-by-side circular cylinders and application of wavelet analysis on the switching phenomenon / Md. Mahbub Alam, M. Moriya, H. Sakamoto // J. Fluids and Structures. – 2003. – Vol. 18, №3–4. – P. 325–346. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2003.07.005

22. Alam, Md. Mahbub. Flow around two side-by-side closely spaced circular cylinders / Md. Mahbub Alam, Y. Zhou // J. Fluids and Structures. – 2007. – Vol. 23, №5. – P. 799–805. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2006.12.002

23. Жукова, Ю.В. Конвективный теплообмен и аэродинамическое сопротивление двух расположенных бок о бок труб в узком канале при различных числах Рейнольдса / Ю.В. Жукова, A.М. Терех, A.И. Руденко // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2018. – Т. 62, №6. – С. 756–762.

Источник

Информация

Автор

Маршалова Г. С. Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси; Белорусский государственный технологический университет
Баранова Т. А. Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси
Жукова Ю. В. Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси
Чорный А. Д. Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси
Сухоцкий А. Б. Белорусский государственный технологический университет
Данильчик Е. С. Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси; Белорусский государственный технологический университет
Миронов А. А. Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ
Кадыров Р. А. Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ
Попов И. А. Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ

Страницы

298-306

Год издания

2022

Ключевые слова

Коллекции

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук