Intensification of Heat Transfer in Heat Exchangers with Diffuser Channels
The results of studies on the intensification of heat transfer in round and flat non-separated diffusers for a number of diffuser opening angles are presented. Numerical modeling of heat transfer was carried out using a three-parameter differential RANS turbulence model supplemented with a transport equation for a turbulent heat flow. It is shown that at the same opening angle in a round diffuser, the friction coefficient, Nusselt number and turbulence intensity are significantly higher than in a flat diffuser, and this excess increases with increasing opening angle. The possibility of using diffuser channels in plate and round "pipe-in-pipe" heat exchangers is considered.
heat exchanger, diffuser channel, RANS turbulence model
Приведены результаты исследований по интенсификации теплообмена в круглом и плоском безотрывных диффузорах для ряда углов раскрытия диффузоров. Численное моделирование теплообмена проведено с использованием трехпараметрической дифференциальной RANS-модели турбулентности, дополненной уравнением переноса для турбулентного потока тепла. Показано, что при одинаковом угле раскрытия в круглом диффузоре коэффициент трения, число Нуссельта и интенсивность турбулентности существенно выше, чем в плоском диффузоре и это превышение возрастает с увеличением угла раскрытия. Рассмотрена возможность использования диффузорных каналов в пластинчатых и круглых «труба в трубе» теплообменниках.
1. Мигай В.К. Повышение эффективности современных теплообменников. Л.: Энергия, 1980. 144 с. 2. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Копп И.З., Мякочин А.С. Эффективные поверхности теплообмена. М.: Энергоатомиздат, 1998. 408 с. 3. Дзюбенко Б.В., Кузма-Кичта Ю.А., Леонтьев А.И. и др. Интенсификация тепло- и массообмена в макро-,микро- и наномасштабах. М.: ФГУП «Цнииатоминформ», 2008. 532 с. 4. Bergles A.E. Recent developments in enhanced heat transfer // Heat Mass Transfer. 2011. Vol. 47 N 8. P. 1001. 5. Leontiev A.I., Kiselev N.A., Burtsev S.A., Strongin M.M., Vinogradov Yu. A. Experimental investigation of heat transfer and drag on surfaces with spherical dimples // Experimental Thermal and Fluid Science. 2016. Vol. 79. P. 74. 6. Справочник по теплообменникам в 2-х томах. Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1987. 7. Wei Wang, Yaning Zhang, Kwan-Soo Lee, Bingxi Li. Optimal Design of a Double Pipe Heat Exchanger Based on the Outward Helically Corrugated Tube // Int. J. Heat Mass Transfer. 2019. V. 135. P. 706. 8. Решмин А.И., Тепловодский С.Х., Трифонов В.В. Турбулентное течение в круглом безотрывном диффузоре при числах Рейнольдса, меньших 2000 // Изв. РАН. МЖГ. 2011. № 2. С. 121. 9. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель сдвиговой турбулентности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1978. № 3. С. 13-25. 10. Лущик В.Г., Решмин А.И. Особенности турбулентного течения в круглых каналах с уменьшающимся по длине числом Рейнольдса // Изв. РАН. МЖГ. 2015. № 2. С. 76-82. 11. Леонтьев А.И., Лущик В.Г., Решмин А.И. Теплообмен в конических расширяющихся каналах // ТВТ. 2016.Т. 54. № 2. С. 287-293. 12. Лущик В.Г, Решмин А.И. Интенсификация теплообмена в плоском безотрывном диффузоре // ТВТ. 2018. Т.56. № 4. С. 589–596. 13. Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. Интенсификация в плоском и круглом безотрывных диффузорах // Инженерно-физический журнал. 2021. Том 94. № 2. С. 483-495. 14. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Уравнение переноса для турбулентного потока тепла. Расчет теплообмена в трубе // Изв. АН СССР. МЖГ. 1988. № 6. С. 42-50. 15. Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. Пластинчатый теплообменник с диффузорными каналами // ТВТ. 2020. Т.58. № 3. С. 376–383. 16. Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. Теплообменник «труба в трубе» с диффузорными каналами // ТВТ. 2021. Т. 59. С. 722-729.
