Plate heat exchanger with diffuser channels with liquid coolants
A numerical study of heat transfer processes in heat exchangers with diffuser channels with liquid coolants was carried out. Plate heat exchangers with channel expansion angles within a few degrees, which do not lead to separation of the flow from the wall, are considered. Due to the increase in heat exchange intensity in expanding channels, the heat transfer power with increasing expansion angle increases in comparison with heat exchangers with a constant channel cross-section. It is shown that when water is used as a «cold» coolant, the heat transfer power increases with increasing Prandtl number of «hot» coolants, which were mercury, water and transformer oil. The calculations used a three-parameter RANS model of turbulence, supplemented with a transport equation for turbulent heat flow.
heat exchanger, diffuser channel, RANS turbulence model
Проведено численное исследование теплообменных процессов в теплообменниках с диффузорными каналами с жидкими теплоносителями. Рассмотрены пластинчатые теп-лообменники с углами расширения каналов в пределах нескольких градусов, не приво-дящими к отрыву потока от стенки. Показано, что за счет увеличения интенсивности теплообмена в расширяющихся каналах мощность теплопередачи с ростом угла расши-рения возрастает в сравнении с теплообменниками с постоянным сечением каналов. При использовании воды в качестве «холодного» теплоносителя мощность теплопередачи возрастает с ростом значения числа Прандтля «горячих» теплоносителей, в качестве которых рассматривались ртуть, вода и трансформаторное масло. Расчеты проводились с использованием трехпараметрической RANS-модели турбулентности, дополненной транспортным уравнением для турбулентного теплового потока.
течение с теплообменом, плоский диффузор, RANS-модель турбулентности
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 теплооб-мена. М.: Энергоатомиздат, 1998. 408 с. 3. Дзюбенко Б. В., Кузма-Кичта Ю. А., Леонтьев А. И. и др. Интенсификация тепло- и массооб-мена 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 investi-gation 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. Перевод с англ. М.: Энергоатомиздат. 1987. 7. Решмин А. И., Тепловодский С. Х., Трифонов В. В. Турбулентное течение в круглом безотрыв-ном диффузоре при числах Рейнольдса, меньших 2000 // Изв. РАН. МЖГ. 2011. № 2. С. 121. 8. Лущик В. Г., Павельев А. А., Якубенко А. Е. Трехпараметрическая модель сдвиговой турбу-лентности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1978. № 3. С. 13. 9. Лущик В. Г., Павельев А. А., Якубенко А. Е. Турбулентные течения. Модели и численные ис-следования (обзор) // Изв. РАН. МЖГ. 1994. № 4. С. 4. 10. Лущик В. Г., Павельев А. А., Якубенко А. Е. Уравнения переноса для характеристик турбулент-ности: модели и результаты расчетов // Итоги науки и техники. Сер. Механика жидкости и га-за. М.: ВИНИТИ. 1988. Т. 22. С. 3. 11. Леонтьев А. И., Лущик В. Г., Решмин А. И. Теплообмен в конических расширяющихся каналах // ТВТ. 2016.Т. 54. № 2. С. 287293. 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., Медвецкая Н. В., Решмин А. И. Численное исследование течения и теплообмена в плоских каналах переменного сечения // Тепловые процессы в технике. 2019. Т. 11. № 9. С. 386394. 14. Лущик В. Г., Павельев А. А., Якубенко А. Е. Трехпараметрическая модель турбулентности: рас-чет теплообмена // Изв. АН СССР. МЖГ. 1986. № 2. С. 40. 15. Лущик В. Г., Павельев А. А., Якубенко А. Е. Уравнение переноса для турбулентного потока те-пла. Расчет теплообмена в трубе // Изв. АН СССР. МЖГ. 1988. № 6. С. 42. 16. Davletshin I. A., Dushina O. A., Mikheev N.I., Shakirov R. R. Heat transfer and flow structure in a plane diverging channel. // International Journal of Heat and Mass Transfer 189 (2022) 122744. 17. Shakirov R. R., Davletshin I. A. & Mikheev N. I., Kinematic structure of flow and the heat transfer in flat diffuser and confuser channels, Thermophys. Aeromech., 2022, vol. 29, pp. 759–764. https://doi.org/10.1134/S08698643220500146 18. Лущик В. Г., Решмин А. И., Трифонов В. В. Влияние входных условий на течение и теплооб-мен в плоском диффузоре // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2023. Том 24, вып. 5. http://chemphys.edu.ru/issues/2023-24-5/articles/1066/ 19. Лущик В. Г., Решмин А. И., Тепловодский С. Х., Трифонов В. В. Численное моделирование течения и теплообмена в плоском конфузоре // Физико-химическая кинетика в газовой дина-мике. 2024. Т. 25, вып. 1. http://chemphys.edu.ru/issues/2024-25-1/articles/1082/ 20. Лущик В. Г., Макарова М. С., Решмин А. И. Пластинчатый теплообменник с диффузорными каналами // ТВТ. 2020. Т.58. № 3. С. 376–383. 21. Решмин А. И., Лущик В. Г., Макарова М. С. Интенсификация теплообмена в теплообменниках с диффузорными каналами // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2023. Т.24(2). http://chemphys.edu.ru/issues/2023-24-2/articles/1030/ 22. Oriji U.R., Karimisani S., Tucker P.G. RANS Modeling of Accelerating Boundary Layers // J. Fluids Eng. Trans. ASME. 2015. V. 137. № 1. Paper A12.
