Влияние эксцентриситета на теплопередачу в скважинном противоточном теплообменном аппарате типа «труба в трубе»

Авторы

  • А. В. Бучко Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины, Ukraine
  • А. О. Костиков Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, Ukraine

Ключевые слова:

скважинный теплообменник, противоточный теплообменник, эксцентриситет, геотермальная энергетика

Аннотация

Теплообменные аппараты типа "труба в трубе" широко используются в вертикальных скважинных теплообменниках и другом техническом оборудовании. На практике из-за конструктивных особенностей каналов либо неточности сборки появляется эксцентриситет. При этом в поперечном сечении интегральная величина теплового потока через внутреннюю трубу становится отличной от аналогичной величины в случае соосных труб. В данной работе исследуется влияние эксцентриситета на величину теплового потока через внутреннюю трубу противоточного теплообменного аппарата типа «труба в трубе». Данная задача рассмотрена на примере вертикального скважинного теплообменного аппарата. Математическая модель теплофизических процессов, построена на базе системы уравнений, которая включает в себя уравнения: теплопроводности, неразрывности, энергии, движения вязкой жидкости Навье–Стокса, осредненное по Рейнольдсу. Для замыкания системы уравнений использовалась стандартная k–ε-модель турбулентности. Расчеты были проведены для различных вариантов смещения внутренней трубы и расхода теплоносителя. В результате серий вычислительных экспериментов получена функциональная зависимость теплового потока от величины смещения. В случае игнорирования эксцентриситета при проведении теплового расчета погрешность может составить до 12%. Полученные результаты могут быть использованы для проведения тепловых расчетов в кольцевых каналах с эксцентриситетом скважинных теплообменников и в других технических устройствах.

Биография автора

А. О. Костиков, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина

доктор технических наук

Библиографические ссылки

Galitseyskiy B. M., Danilov Yu. I., Dreytser G. F., Koshkin V. N. Heat exchange in power generating systems of spacecrafts. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1975, 272 p (in Russian).

Starovoytenko E. I., Minaev B. P. Heat exchange and resistance in channels for laminar fluid flow. Heat and mass transfer, 1972, vol. 1, no. 1, pp. 245–249 (in Russian).

Scherban A. N., Tsirulnikov A. S., Merzlyakov E. M., Ryizhenko I. A. The systems of extraction of Earth crust heat and the methods of their calculation. Kiev, Nauk. dumka. 1986, 240 p (in Russian).

Rees S., Spitler J., Deng Z. A study of geothermal heat pump and standing column well performance. ASHRAE Transactions, 2004, № 110 (1), pp. 3–13

Kujawa T., Nowak W. Shallow and Deep Vertical Geothermal Heat Exchangers as Low Temperature Sources for Heat Pumps. Proc. World Geothermal Congress 2000. Kyushu–Tohoku, Japan, May 28 – June 10, 2000, pp. 3477–3479.

Tsentsiper A. I., Kostikov A. O., Goloschapov V. M. Receiving thermal energy from waste oil and gas wells. Oil and gas industry, 2009, no. 3, pp. 41-43 (in Russian).

Загрузки

Опубликован

2016-03-30

Выпуск

Раздел

Теплопередача в машиностроительных конструкциях