Теплообменник «труба в трубе» с диффузорными каналами с газовыми и жидкими теплоносителями


Просмотр статьи
PDF, 1,7 МБ

Double-Pipe Heat Exchanger with Diffuser Channels with Gas and Liquid Coolants

Numerical simulation of heat transfer in double-pipe heat exchangers with diffuser channels with small opening angles with gas and liquid coolants has been performed. During the calculations, a three-parameter differential RANS turbulence model was used, supplemented by a transfer equation for a turbulent heat flow. It is shown that due to the intensification of heat transfer in heat exchangers with diffuser channels, the amount of heat transferred from the «hot» coolant to the «cold» ones increases compared to heat exchangers with channels of constant cross section.

«double-pipe» heat exchanger, diffuser channels, RANS-turbulence model, gas, liquid coolants.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.4.1115

Валерий Григорьевич Лущик, Александр Иванович Решмин, Кирилл Сергеевич Егоров

Том 25, выпуск 4, 2024 год



Выполнено численное моделирование теплообмена в теплообменниках «труба в трубе» с диффузорными каналами с малыми углами раскрытия с газовыми и жидкими теплоносителями. При проведении расчетов использована трехпараметрическая дифференциальная RANS-модель турбулентности, дополненная уравнением переноса для турбулентного потока тепла. Показано, что за счет интенсификации теплообмена в теплообменниках с диффузорными каналами количество переданного тепла от «горячего» теплоносителя к «холодному» возрастает по сравнению с теплообменниками с каналами постоянного сечения.

теплообменник «труба в трубе», диффузорные каналы, RANS-модель турбулентности, газовые, жидкие теплоносители.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.4.1115

Валерий Григорьевич Лущик, Александр Иванович Решмин, Кирилл Сергеевич Егоров

Том 25, выпуск 4, 2024 год



1. Егоров К.С., Степанова Л.В. Теплофизические свойства смесей благородных газов с низкими числами Прандтля // Инженерный журнал: наука и инновации. 2019. № 3 (87). С. 6.
2. Krasnoporov V.Y. Enhancement of heat transfer in flow of a liquid due to ultrasonic vibrations / V.Y. Krasnoporov // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2016. Vol. 89, № 1. P. 119–126.
3. Молчанов Т.И., Французов М.С., Котвицкий А.Я. Пассивный метод генерации само-поддерживающихся акустических колебаний в канале в задачах интенсификации теп-лообмена // В сборнике: Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках. Материалы VIII международной конференции. Москва, 2021. С. 108–110.
4. Zamzari F., Mehrez Z., El Cafsi A., Belghith A., Le Quéré P. Numerical investigation of entropy generation and heat transfer of pulsating flow in a horizontal channel with an open cavity // J. Hydrodynam. Ser. B 29, 2017. P. 632–646, https://doi.org/10.1016/S1001-6058(16)60776-X.
5. Sadek H., Robinson A., Cotton J., Ching C., Shoukri M. Electrohydrodynamic enhancement of in-tube convective condensation heat transfer // Int. J. Heat Mass Transf. 49, 2006. P. 1647–1657, https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2005.10.030.
6. Wu Z., Sundén B. Convective heat transfer performance of aggregate-laden nanofluids, Int. J. Heat Mass Transf. 93, 2016. P. 1107–1115, https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.11.032.
7. Singh V., Gupta M. Heat transfer augmentation in a tube using nanofluids under constant heat flux boundary condition: a review // Energy Convers. Manage. 123, 2016. P. 290–307, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.06.035.
8. Manca O., Nardini S., Ricci D. Numerical analysis of water forced convection in channels with differently shaped transverse ribs // J. Appl. Math, 2011. https://doi.org/10.1155/2011/323485.
9. Liu J., Xie G., Simon T.W. Turbulent flow and heat transfer enhancement in rectangular channels with novel cylindrical grooves // Int. J. Heat Mass Transf. 81, 2015. P. 563–577, https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.10.021.
10. Lee K.-S., Kim W.-S., Si J.-M. Optimal shape and arrangement of staggered pins in the channel of a plate heat exchanger // Int. J. Heat Mass Transf. 44, 2001. P. 3223–3231, https://doi.org/10.1016/S0017-9310(00)00350-1.
11. Ozceyhan V., Gunes S., Buyukalaca O., Altuntop N. Heat transfer enhancement in a tube using circular cross sectional rings separated from wall // Appl. Energy 85, 2008. P. 988–1001, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2008.02.007.
12. Ibrahim E. Augmentation of laminar flow and heat transfer in flat tubes by means of helical screw-tape inserts // Energy Convers. Manage. 52, 2011. P. 250–257, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.06.065.
13. Akpinar E.K. Evaluation of heat transfer and exergy loss in a concentric double pipe exchanger equipped with helical wires // Energy Convers. Manage. 47, 2006. P. 3473–3486, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2005.12.014.
14. Naphon. Effect of coil-wire insert on heat transfer enhancement and pressure drop of the horizontal concentric tubes // Int. Commun. Heat Mass Transfer 33, 2006. P. 753–763, https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2006.01.020.
15. Choudhari S.S., Taji S. Experimental studies on effect of coil wire insert on heat transfer enhancement and friction factor of double pipe heat exchanger // Int. J. Comput. Eng. Res. 3, 2013. P. 32–39.
16. Zohir A., Habib M., Nemitallah M. Heat transfer characteristics in a double pipe heat exchanger equipped with coiled circular wires // Exp. Heat Transfer 28, 2015. P. 531–545, https://doi.org/10.1080/08916152.2014.915271.
17. Safikhani H., Eiamsa-ard Pareto S. based multi-objective optimization of turbulent heat transfer flow in helically corrugated tubes // Appl. Therm. Eng. 95, 2016. P. 275–280, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.11.033.
18. Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. Совершенствование теплообменных аппаратов типа «труба в трубе» с вращающейся поверхностью теплообмена «конфузор - диффузор» // Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение: Сб. науч. тр.: Известия КазГАСУ, 2012, С 112 – 124.
19. 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. Vol. 135. P. 706–716.
20. Леонтьев А.И., Лущик В.Г., Решмин А.И. Теплообмен в конических расширяющихся каналах // ТВТ. 2016. Т. 54. № 2. С. 287–293.
21. Лущик В.Г, Решмин А.И. Интенсификация теплообмена в плоском безотрывном диффузоре // ТВТ. 2018. Т.56. № 4. С. 589–596.
22. 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. 386–394.
23. 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.
24. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель сдвиговой турбулентности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1978. № 3. С. 13.
25. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Турбулентные течения. Модели и численные исследования (обзор) // Изв. РАН. МЖГ. 1994. № 4. С. 4.
26. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Уравнения переноса для характеристик турбулентности: модели и результаты расчетов // Итоги науки и техники. Сер. Механика жидкости и газа. М.: ВИНИТИ. 1988. Т. 22. С. 3.
27. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель турбулентности: расчет теплообмена // Изв. АН СССР. МЖГ. 1986. № 2. С. 40.
28. 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.
29. Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. Теплообменник «труба в трубе» с диффузорными каналами // ТВТ. 2021. Т.59. № 5. С. 722–729.
30. 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). С. 1–11.
31. Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. Пластинчатый теплообменник с диффузорными каналами // ТВТ. 2020. Т. 58. № 3. С. 376–383.