Вплив структури течії на процеси теплообміну в трубах із витими гофрованими вставками

Автор(и)

  • Oleksandra Baskova Інститут гідромеханіки НАН України вул. Желябова, 8/4, м. Київ, Україна, 03680, Україна https://orcid.org/0000-0003-2864-8995
  • Gennadii Voropaiev Інститут гідромеханіки НАН України вул. Желябова, 8/4, м. Київ, Україна, 03680, Україна https://orcid.org/0000-0001-5615-6344

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.165852

Ключові слова:

часткове гофрування, вите гофрування, теплообмін в трубі, інтенсифікація теплообміну, гідравлічний опір

Анотація

З метою інтенсифікації теплообмінних процесів в елементах енергетичного обладнання при мінімальних енерговитратах була розроблена концепція часткового структурування теплообмінної поверхні. Для визначення енергоефективності часткового структурування теплообмінної поверхні при перехідних числах Рейнольдса розглянуто поверхню у вигляді витого гофрування. Часткове вите гофрування за рахунок зміни структури течії дозволяє отримати збільшення конвективної складової теплообміну при помірному зростанні гідравлічних втрат за перехідних режимів течії. На підставі прямого чисельного моделювання формування тривимірної нестаціонарної структури течії на початковій ділянці труби з витою гофрованою вставкою при ударному вході і перехідному числі Рейнольдса показано взаємозв'язок збуреної структури неізотермічної течії із значенням інтенсивності теплообміну на поверхні труби. Показано вплив величини температурного напору на швидкість зростання збурень примежового шару в трубі, в межах якого формуються низькочастотні коливальні процеси потоку, що призводять до збільшення конвективного теплообміну. Досліджено характер течії і зміни гідродинамічних і теплових параметрів всередині гофрованої вставки. Визначено ступінь впливу витої гофрованої вставки, що не загромаджує прохідний переріз труби, на розвиток власних коливань в трубі. Досліджено вплив кута нахилу витого гофрування до осі труби на теплові та гідродинамічні процеси в ній. Отримана інтенсифікація теплообміну (до 20 %) при супутньому зростанні гідравлічних втрат (до 7,5 %) корелює з експериментальними результатами інших авторів при подібних параметрах гофрування в даному діапазоні чисел Рейнольдса

Біографії авторів

Oleksandra Baskova, Інститут гідромеханіки НАН України вул. Желябова, 8/4, м. Київ, Україна, 03680

Інженер І-ї категорії

Відділ гідробіоніки та керування примежовим шаром

Gennadii Voropaiev, Інститут гідромеханіки НАН України вул. Желябова, 8/4, м. Київ, Україна, 03680

Доктор фізико-математичних наук, професор, завідувач відділом

Відділ гідробіоніки та керування примежовим шаром

Посилання

  1. Mitrofanova, O. V. (2010). Gidrodinamika i teploobmen zakruchennyh potokov v kanalah yaderno-energeticheskih ustanovok. Moscow: FIZMATLIT, 288.
  2. Oviedo-Tolentino, F., Romero-Méndez, R., Hernández-Guerrero, A., Girón-Palomares, B. (2008). Experimental study of fluid flow in the entrance of a sinusoidal channel. International Journal of Heat and Fluid Flow, 29 (5), 1233–1239. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2008.03.017
  3. Guzmán, A. M., Cárdenas, M. J., Urzúa, F. A., Araya, P. E. (2009). Heat transfer enhancement by flow bifurcations in asymmetric wavy wall channels. International Journal of Heat and Mass Transfer, 52 (15-16), 3778–3789. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.02.026
  4. Stasiek, J., Collins, M. W., Ciofalo, M., Chew, P. E. (1996). Investigation of flow and heat transfer in corrugated passages – I. Experimental results. International Journal of Heat and Mass Transfer, 39 (1), 149–164. doi: https://doi.org/10.1016/s0017-9310(96)85013-7
  5. Ciofalo, M., Stasiek, J., Collins, M. W. (1996). Investigation of flow and heat transfer in corrugated passages – II. Numerical simulations. International Journal of Heat and Mass Transfer, 39 (1), 165–192. doi: https://doi.org/10.1016/s0017-9310(96)85014-9
  6. Vicente, P. G., Garcı́a, A., Viedma, A. (2004). Experimental investigation on heat transfer and frictional characteristics of spirally corrugated tubes in turbulent flow at different Prandtl numbers. International Journal of Heat and Mass Transfer, 47 (4), 671–681. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2003.08.005
  7. Zimparov, V. D., Vulchanov, N. L., Delov, L. B. (1991). Heat transfer and friction characteristics of spirally corrugated tubes for power plant condensers – 1. Experimental investigation and performance evaluation. International Journal of Heat and Mass Transfer, 34 (9), 2187–2197. doi: https://doi.org/10.1016/0017-9310(91)90045-g
  8. Vulchanov, M. L., Zimparov, V. D., Delov, L. B. (1991). Heat transfer and friction characteristics of spirally corrugated tubes for power plant condensers – 2. A mixing-length model for predicting fluid friction and heat transfer. International Journal of Heat and Mass Transfer, 34 (9), 2199–2206. doi: https://doi.org/10.1016/0017-9310(91)90046-h
  9. Hærvig, J., Condra, T., Sørensen, K. (2015). Numerical Investigation of Single-phase Fully Developed Heat Transfer and Pressure Loss in Spirally Corrugated Tubes. Proceedings of the 56th Conference on Simulation and Modelling (SIMS 56). Linköping University, 391–397. doi: https://doi.org/10.3384/ecp15119391
  10. Rivkin, S. L., Aleksandrov, A. A. (1984). Termodinamicheskie svoystva vody i vodyanogo para. Moscow: Energoatomizdat, 80.
  11. Baskova, A., Voropayev, G. (2018). The structure of the vortex nonisothermal flow at the initial section of the pipe with transient Reynolds numbers. Hydrodynamics and acoustics, 1 (2), 117–131. doi: https://doi.org/10.15407/jha2018.02.117

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-05-02

Як цитувати

Baskova, O., & Voropaiev, G. (2019). Вплив структури течії на процеси теплообміну в трубах із витими гофрованими вставками. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(8 (99), 29–35. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.165852

Номер

Том 3 № 8 (99) (2019): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Oleksandra Baskova, Gennadii Voropaiev

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.