Экспериментальное исследование теплообмена в теплообменнике с диффузорными каналами


Просмотр статьи
PDF, 806,9 КБ

Experimental Study of Heat Transfer in a Heat Exchanger with Diffuser Channels

Experimental studies of heat transfer in a counterflow heat exchanger with diffuser channels in a "tube-in-tube" configuration were carried out. The heat exchanger design allows for operation in two modes: a diffuser-in-diffuser (expanding channels) or a confuser-in-confuser (converging channels). Measurements of heat transfer parameters in both modes showed that, with identical average flow parameters, the heat transfer capacity in the "diffuser-diffuser" configuration at Reynolds numbers in the coolant channels up to 6000 is 30-40% higher than in the "confuser-confuser" configuration.

heat exchanger, heat transfer efficiency, expanding channel, Reynolds number, experiment

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.26.8.1222


Том 26, выпуск 8, 2025 год



Проведены экспериментальные исследования теплообмена в противоточном теплообменнике с диффузорными каналами в конфигурации "труба в трубе". Конструкция теплообменника позволяет работать в двух режимах: диффузор в диффузоре (расширяющие каналы) или конфузор в конфузоре (сужающие каналы). Проведенные измерения параметров теплообмена в двух режимах показали, что при одинаковых средних параметрах течения мощность теплообмена в конфигурации "диффузор-диффузор" при числах Рейнольдса в каналах теплоносителей до 6000 на 3040% выше, чем в конфигурации "конфузор-конфузор".

теплообменник, эффективность теплообмена, расширяющийся канал, число Рейнольдса, эксперимент.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.26.8.1222


Том 26, выпуск 8, 2025 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. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель сдвиговой турбулентности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1978. № 3. С. 13.
16. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Турбулентные течения. Модели и численные исследования (обзор) // Изв. РАН. МЖГ. 1994. № 4. С. 4.
17. 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.
18. Леонтьев А.И., Лущик В.Г., Решмин А.И. Теплообмен в конических расширяющихся каналах // ТВТ. 2016. Т. 54. № 2. С. 287-293.
19. Лущик В.Г, Решмин А.И. Интенсификация теплообмена в плоском безотрывном диффузоре // ТВТ. 2018. Т.56. № 4. С. 589–596.
20. 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.
21. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель турбулентности: расчет теплообмена // Изв. АН СССР. МЖГ. 1986. № 2. С. 40.
22. 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.
23. Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. Теплообменник «труба в трубе» с диффузорными каналами // ТВТ. 2021. Т.59. № 5. С. 722–729.
24. 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. 1030.
25. Лущик В. Г., Решмин А. И., Егоров К. С. Теплообменник труба в трубе с диффузорными каналами с газовыми и жидкими теплоносителями // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т. 25, № 4. С. 1115.
26. Лущик В. Г., Решмин А. И. Перспективные теплообменники с диффузорными каналами // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т. 25, № 6. С. 1126.
27. Trifonov V., Reshmin A., Lushchik V., Teplovodskii S. Experimental and numerical study of heat transfer in a counterflow heat exchanger with diffuser channels // FIV 2024: FSI2&FIV+N 10th International Symposium on Fluid -Structure Interactions, Flow -Sound Interactions, Flow - Induced Vibration&Noise, с. FIV2024-0094