Исследование турбулентных характеристик течения в пластинчатых теплообменниках с диффузорными каналами


Просмотр статьи
PDF, 9,2 МБ

Study of Turbulent Flow Characteristics in Plate Heat Exchangers with Diffuser Channels

Numerical simulation of the flow and heat transfer in a unit of counter-current heat exchanger was carried out using a three-parameter differential RANS turbulence model supplemented by a transfer equation for a turbulent heat flow. Adjacent channels of the unit are flat continuous diffusers with a smooth surface. The physical properties and size of the wall between the channels are taken into account. The analysis of the influence of the opening angle of the diffusers on the local and integral characteristics of the flow of hot and cold coolants, as well as heat exchange, showed that the intensity of turbulence and shear stress increase with an increase in the angle of inclination of the heat-transfer wall of the diffuser channel.

RANS turbulent model, plane diffuser, heat exchanger, Nusselt number, Reynolds number

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.26.5.1203

Валерий Григорьевич Лущик, Александр Иванович Решмин, Анастасия Дмитриевна Чичерина

Том 26, выпуск 5, 2025 год



Численное моделирование течения в элементе пластинчатого противоточного теплообменника проведено с использованием трехпараметрической дифференциальной RANS-модели турбулентности, дополненной уравнением переноса для турбулентного потока тепла. Смежные каналы элемента представляют собой плоские безотрывные диффузоры с гладкой поверхностью. Учтены физические свойства и размер стенки между каналами. Проведенный анализ влияния угла раскрытия диффузоров на локальные и интегральные характеристики течения горячего и холодного теплоносителей, а также теплообмена показал, что интенсивность турбулентности и напряжения сдвига возрастают с увеличением угла наклона теплопередающей стенки диффузорного канала.

RANS-модель турбулентности, плоский диффузор, теплообменник, число Нуссельта, число Рейнольдса

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.26.5.1203

Валерий Григорьевич Лущик, Александр Иванович Решмин, Анастасия Дмитриевна Чичерина

Том 26, выпуск 5, 2025 год



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 No 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. Перевод с англ. М.: Энергоатомиздат. 1987.
7. 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.
8. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель сдвиговой турбулентности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1978. № 3. С. 13.
9. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель турбулентности: расчет теплообмена // Изв. АН СССР. МЖГ. 1986. № 2. С. 40.
10. 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.
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., 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.
14. В. Г. Лущик, М. С. Макарова, А. И. Решмин. Интенсификация теплообмена при турбулентном течении в плоском и круглом безотрывных диффузорах // Инженерно-физический журнал. 2021. ТOM 94, №2. С. 483.
15. 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.
16. Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. Пластинчатый теплообменник с диффузорными каналами // ТВТ. 2020. Т. 58. № 3. С. 376–383.
17. Лущик В.Г., Решмин А.И. // Пластинчатый теплообменник с диффузорными каналами с жидкими теплоносителями // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т. 25(2). С. 1–16. https://chemphys.edu.ru/issues/2024-25-2/articles/1102/
18. Бухмиров В.В., Ракутина Д.В., Родионова М.В., Гаськов А.К. Тепловой и гидравлический расчет рекуперативного теплообменного аппарата / ФГБОУ ВО «Ивановский государственный энергетический универси-тет имени В.И. Ленина». – Иваново, 2021. – 164 с.
19. Юркина М.Ю., Маскинская А.Ю., Хомченко Н.В.; под ред. Юркиной М.Ю. // Расчет и проектирование пластинчатых теплообменников тепловых пунктов: учеб. пособие – М.: Издательство МЭИ, 2022. – 52 с.
20. Лущик В. Г., Решмин А. И. Численное моделирование ламинаризации течения в каналах с отрицательным градиентом давления//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т.25, вып. 4. https://chemphys.edu.ru/issues/2024-25-4/articles/1121/