Mathematical modeling of the limiting hydro resistivity with intensified heat exchange for gaseous coolants with varying physical properties in pipes used in the construction of promising heat exchangers
УДК 631.371:636
18.10.2017
542
Выходные сведения:
Лобанов И.Е. Математическое моделирование предельного гидросопротивления при интенсифицированном теплообмене для газообразных теплоносителей с переменными физическими свойствами в трубах применяемых в строительном производстве перспективных теплообменников // СтройМного, 2017. №4 (9). URL: http://stroymnogo.com/science/tech/matematicheskoe-modelirovanie-prede/
Авторы:
Лобанов Игорь Евгеньевич
д.т.н., ведущий научный сотрудник ПНИЛ—204, ФГБОУ Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Москва, Российская Федерация (125993 Россия, г. Москва, Волоколамское шоссе, 4), e-mail: lloobbaannooff@live.ru
Authors:
Lobanov Igor Evgenevich
Dr.Sci.Tech., leading research assistant PNIL–204, FGBOU the Moscow aviation institute (national research university), Moscow, the Russian Federation (125993 Russia, Moscow, Volokolamsk highway, 4), e-mail: lloobbaannooff@live.ru
Ключевые слова:
математическое моделирование, предельный, гидравлическое сопротивление, теплофизические свойства, переменный, перспективный, турбулентный, пограничный слой, схема, многослойный, теплообменник, трубчатый, строительство, искусственная интенсификация, турбулизатор, компактный, теоретический
Keyword:
mathematical modeling, limiting, hydraulic resistance, thermophysical properties, variable, perspective, turbulent, boundary layer, scheme, multilayer, heat exchanger, tubular, construction, artificial intensification, turbulizer, compact, theoretical
Аннотация:
B данной cтатье была разработана теоретическая модель для расчёта предельных значений гидравлического сопротивления в условиях его интенсификации в трубах за счёт турбулизации потока для газообразных теплоносителей с переменными теплофизическими свойствами. Разработана теоретическая модель для расчёта предельных значений гидравлического сопротивления в условиях его интенсификации в трубах за счёт турбулизации потока для газообразных теплоносителей с переменными теплофизическими свойствами. Модель справедлива для газообразных теплоносителей с монотонно изменяющимися теплофизическими характеристиками. Модель описывает соответствующие процессы для широкого диапазона чисел Рейнольдса и Прандтля, что позволяет прогнозировать резервы интенсификации неизотермического теплообмена. Важным выводом относительно полученных в рамках данного исследования результатов теоретического расчёта следует признать относительную практическую незначительность влияния неизотермичности на предельное гидравлическое сопротивление, потому что применяемые в современных теплообменных аппаратах современного строительном производстве температурные перепады, как правило, относительно невелики. Модель справедлива для газообразных теплоносителей с монотонно изменяющимися теплофизическими характеристиками. Модель описывает соответствующие процессы для широкого диапазона чисел Рейнольдса и Прандтля, что позволяет прогнозировать резервы интенсификации неизотермического теплообмена, в т.ч., в перспективных трубчатых теплообменниках современного строительном производстве. Исходя из результатов расчёта предельного неизотермического гидравлического сопротивления, на основе разработанной в статье модели, можно в дальнейшем осуществить моделирование предельного теплообмена для данных условий интенсификации теплообмена.
Annotation:
In this article, a theoretical model was developed for calculating the limiting values of hydraulic resistance in conditions of its intensification in pipes due to flow turbulence for gaseous coolants with variable thermophysical properties. A theoretical model has been developed for calculating the limiting values of hydraulic resistance under conditions of its intensification in pipes due to flow turbulence for gaseous coolants with variable thermophysical properties. The model is valid for gaseous coolants with monotonously varying thermophysical characteristics. The model describes the corresponding processes for a wide range of Reynolds and Prandtl numbers, which makes it possible to predict the reserves of intensification of nonisothermal heat transfer. An important conclusion regarding the theoretical calculation results obtained within the framework of this study is the relative practical insignificance of the effect of non-isothermicity on the ultimate hydraulic resistance, because the temperature differences used in modern heat exchangers in modern construction production are generally relatively small. The model is valid for gaseous coolants with monotonously varying thermophysical characteristics. The model describes the corresponding processes for a wide range of Reynolds and Prandtl numbers, which makes it possible to predict the reserves of intensification of nonisothermal heat exchange, including in promising tubular heat exchangers in modern construction production. Based on the results of the calculation of the limiting nonisothermal hydraulic resistance, based on the model developed in the article, it is possible to further simulate the limiting heat transfer for these heat exchange intensification conditions.
Введение. Актуальность проблемы
В различных областях техники, в т.ч. в строительном производстве, широким образом используются разнообразного рода трубчатые теплообменники и теплообменные устройства, где при интенсификации теплообмена могут быть достигнуты уменьшение массогабаритных параметров при фиксированном тепловом потоке, гидравлических потерях, расхода и температуры теплоносителя. В некоторых случаях необходимо достижение снижения температурного уровня поверхности теплообмена при неизменных значениях режимных и конструктивных характеристик [21].
Математическое моделирование интенсифицированного теплообмена при турбулентном течении в каналах синтезированы ещё довольно несовершенным образом.
Нередко существующие теоретические методы основываются на относительно несложные модели довольно сложных физических процессов, а принятые при этом допущения обусловливают значительную разницу между расчётом и экспериментом.
Существующие данные по эксперименту справедливы непосредственно для конкретных течений и геометрических характеристик выступов, где был проведён эксперимент. Следовательно, необходимо разработать новые, более точные, т.е. точнее существующих, теоретические методы детерминирования интенсифированного турбулентного теплообмена в каналах трубчатых перспективных теплообменных аппаратов, используемых в строительном производстве.
В настоящей научной работе понятие интенсификации теплообмена включает использование искусственных выступов на поверхности, турбулизирующих поток (в том числе, диафрагмы), кроме того, определённые типы шероховатой поверхности (рис. 0) [7, 8].