Дослідження та розробка конструкції вихрового теплогенератора методом математичного моделювання
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.225289Ключові слова:
вихровий теплогенератор, поступально-обертальний рух потоку, теплова енергія, електрична енергія, критична швидкість, математична модель, кавітаторАнотація
Об'єктом дослідження є математична модель нової конструкції вихрового теплогенератора з поступово-обертальним рухом потоку в робочому просторі змінної геометрії.
Одним з найбільш проблемних місць при розробці нових і перспективних конструкцій теплогенераторів методом фізичного моделювання є пошук його оптимальних режимно-технологічних та апаратурно-конструктивних параметрів. Реалізація попереднього аналізу подібних конструкцій методом математичного моделювання дозволить істотно зменшити час і матеріальні витрати для розробки перспективних конструкцій теплогенераторів.
Проведені методом математичного моделювання дослідження конструкції нового вихрового теплогенератора дозволили визначити діапазон його роботи, оцінити режимно-технологічні та апаратурно-конструктивні параметри, що впливають на ефективність роботи. Дослідження гідродинаміки поступово-обертального руху потоку в'язкої рідини в робочому просторі розробленого нового вихрового теплогенератора зі змінною геометрією робочого простору дозволили визначити критичну швидкість і тиск, вплив геометричних параметрів пристрою на генерацію вихорів, що сприяють кавітації. Дослідження на моделі проводили в діапазоні зміни навантаження по рідині від 0,001 м3/с до 0,01 м3/с. Дослідження зміни поля швидкостей в каналах проводилося для геометрії каналу з кутом конусності від 0° до 25°. Ширина робочого каналу простору Wn змінювалася в діапазоні 130, 70 і 40 мм.
Встановлено, що хорошу осьову симетрію та плавність потоку теплоносія у вихровій зоні уздовж гвинта-завихрителя забезпечує вхід теплоносія через сопло з прямокутним перетином. Експериментально знайдено залежність впливу прохідного перетину сопла для введення теплоносія в вихрову зону на енергоефективність роботи вихрового апарату в цілому.
Проведені дослідження дозволяють проектувати вихрові теплогенератори з геометричними параметрами, які відповідають сучасним вимогам енергоефективності. Визначена геометрія гвинта-завихрителя, який підвищує ефективність роботи теплогенератора на 35 % в порівнянні з аналогічними конструкціями вихрових теплогенераторів, наведених в літературі.
Посилання
- Merkulov, A. P. (1969). Vikhrevoi effekt i ego primenenie v tekhnike. Moscow: Mashinostroenie, 185.
- Antypov, Ye. O., Okhrimenko, P. H. (2016). Rezultaty vyprobuvan vykhrovoho teploheneratora RTHA-37. Naukovyi visnyk Natsionalnoho universytetu bioresursiv i pryrodokorystuvannia Ukrainy. Seriia: Tekhnika ta enerhetyka APK, 256, 240–245.
- Lagrandeur, J., Croquer, S., Poncet, S., Sorin, M. (2020). Exergy analysis of the flow process and exergetic optimization of counterflow vortex tubes working with air. International Journal of Heat and Mass Transfer, 152, 119527. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119527
- Byriuk, V. V., Serebriakov, R. A. (2015). Vykhrevoi hydravlycheskyi teplohenerator. Naukovyi visnyk Natsionalnoho universytetu bioresursiv i pryrodokorystuvannia Ukrainy. Seriia: Tekhnika ta enerhetyka APK, 209 (1), 157–160.
- Serebriakov, R. A. (2016). Vykhrevoi hydravlycheskyi teplohenerator. Naukovyi visnyk Natsionalnoho universytetu bioresursiv i pryrodokorystuvannia Ukrainy. Seriia: Tekhnika ta enerhetyka APK, 240, 191–204.
- Khalatov, A. A., Kovalenko, A. S., Shevtsov, S. V. (2008). Vikhrevye teplogeneratory v lokalnykh sistemakh teplosnabzheniia. Promyshlennaia teplotekhnika, 30 (5), 7–15.
- Nikolsky, V., Kuzyayev, I., Dychkovskyi, R., Alieksandrov, O., Yaris, V., Ptitsyn, S. et. al. (2020). A Study of Heat Exchange Processes within the Channels of Disk Pulse Devices. Energies, 13 (13), 3492. doi: http://doi.org/10.3390/en13133492
- Khafizov, F. SH., Aleksandrov, A. A., Suschev, S. P., Abutalipova, E. M., Khafizov, I. F. (2017). Simulation and Calculation Method of the Vortex Cavitation Device. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Natural Sciences, 1 (70), 78–91. doi: http://doi.org/10.18698/1812-3368-2017-1-78-91
- Levterov, A. M., Avramenko, A. N., Marakhovskii, V. P., Bgantsev, V. N. (2016). Chislennoe modelirovanie protsessov teplo- i massoobmena v bortovom kavitatore sistemy podderzhaniia stabilnosti avtomobilnykh smesevykh topliv. Promyshlennaia teplotekhnika, 3, 42–48.
- Ukolov, A. Y., Rodyonov, V. P. (2018). Verification of Numerical Simulation Results and Experimental Data of the Cavitation Influence on Hydrodynamic Characteristics of a Jet Flow. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Natural Sciences, 4 (79), 102–114. doi: http://doi.org/10.18698/1812-3368-2018-4-102-114
- Akhmetov, Y., Kalimullin, R., Khakimov, R. (2016). Features of simulation of swirling liquid flows in closed circuit of vortex devices. Perm National Research Polytechnic University Aerospace Engineering Bulletin, 4 (47), 177–197. doi: http://doi.org/10.15593/2224-9982/2016.47.10
- Nikolsky, V., Kuzyayev, I., Alieksandrov, O., Ved, V., Pugach, A., Yaris, V. et. al. (2019). Analytical and experimental studies into the processes of hydrodynamics and heat exchange in the channels of disk pulse devices. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (100)), 15–23. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174629
- Lagrandeur, J., Poncet, S., Sorin, M. (2019). A new thermodynamic model for the prediction of air vortex tube performances. International Journal of Heat and Mass Transfer, 164, 126435.
- Gustafson, K., Halasi, K. (1986). Vortex dynamics of cavity flows. Journal of Computational Physics, 64 (2), 279–319. doi: http://doi.org/10.1016/0021-9991(86)90035-5
- Kuziaev, I. M., Sviderskii, V. A., Petukhov, A. D. (2016). Modelirovanie ekstruzii i ekstruderov pri pererabotke polimerov. Part. 2. Kyiv: NTUU «KPI» Izd-vo «Politekhnika», 217.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Vadim Yaris, Ivan Kuzyayev , Valeriy Nikolsky , Viktor Ved , Chlens Peter, Andrii Palagnyuk , Antonina Lobodenko , Iryna Reshetnyak
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.
