Тепловая нагрузка биметаллической оребренной трубки

Работа посвящена вопросам численного моделирования сопряженной задачи теплообмена в установках замкнутого типа при использовании в качестве рабочих элементов оребренных биметаллических трубок с использованием инструментов пакета openFoam. Моделирование процесса теплопереноса в биметаллических трубках сопряжено с решением задачи определения контактного термического сопротивления на границе металл/металл. Рассматриваемая конструкция биметаллической трубки предполагает обжим медных шайб по поверхности алюминиевой цилиндрической трубы, вследствие чего контактная поверхность трубки является не изотропной по своим свойствам. Предложена математическая модель сопряженного теплообмена для сред воздух/биметалл/хладагент. Показаны особенности организации теплофизических процессов на границе контакта металлов и на границах сопряжения металл/воздух и металл/хладагент. Приведенные распределения температур и тепловых потоков позволяют оценить вклад каждого отдельного ребра в исследуемый процесс теплоотвода от воздушной среды. Показана эффективность рассмотренной технологии изготовления биметаллической оребренной трубки.

1. Федоров В.А., Мильман О.О. и др. Результаты экспериментально-расчетных исследований воздушного потока в цирктрассах воздушных конденсаторов паротурбинных установок. Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Сер. Машиностроение, № 5, 2015 г., стр. 87-105 / Fedorov V. A., Mil'man O. et al. Results of experimental and computational analysis of air flow in circle channels of air-cooled condensers of steam power plants. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Mechanical Engineering, № 5, 2015, pp. 87-105 (in Russian).

2. Du Toit C.G., Kroger D.G. Modelling of the recirculation in mechanical-draught heat exchangers. N&O JOERNAAL, vol. 9, № 1, 1993, pp. 2-8.

3. Zhao W., Wang Q., Liu P. The experimental investigation of recirculation of air-cooled system for a large power plant. Energy and Power Engineering, № 2, 2010, pp. 291-297.

4. Xing X., Xianming F. et al. Modeling and Simulation of an Air-cooling Condenser under Transient Conditions. Procedia Engineering, № 31, 2012, pp. 817–822.

5. Чернов Н.С. Технико-экономическая оценка эффективности теплообменных аппаратов. Автомобильная промышленность, №3, 2011 г., стр. 33-35 / Chernov N. S. Evaluation of efficiency of heat exchangers (pipe coil) from pipes with edges on an external surface. Avtomobil'naya promyshlennost', № 3, 2011, pp. 33-35 (in Russian).

6. Koroleva M.R., Saburova E.A., Chernova A.A. Studying the efficiency of cooling and resistance of ribbed tubular elements. Journal of Physics: Conference Series, vol. 1675, 2020, article no. 012009.

7. Кунтыш В.Б, Пиир А.Э. Анализ тепловой эффективности, объемной и массовой характеристик теплообменных секций аппаратов воздушного охлаждения. Химическое и нефтегазовое машиностроение, no. 5, 2009 г., стр. 3-6. / Kuntysh V.B, Piir A.E. Analysis of the thermal efficiency, volume, and weight characteristics of heat exchange sections of air cooling equipment. Chemical and Petroleum Engineering, vol. 45, no. 5-6, 2009, pp. 257-262.

8. Дударев В.В., Филатов С.О., Карлович Т.Б. Методика расчета и анализ коэффициента теплопередачи биметаллических ребристых труб аппаратов воздушного охлаждения с неравномерным внешним загрязнением. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ, том 60, № 3, 2017 г., стр. 237-255. / Dudarev V. V., Filatаu S. O., Karlovich T. B. The Method of Calculation and Analysis of Heat Transfer Coefficient of Bimetallic Finned Tubes of Air Cooling Units with Irregular External Contamination. Energetika. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations, vol. 60, № 3, 2017, pр. 237-255 (in Russian).

9. Бессонный А.Н., Кунтыш В.Б., Калейчик Т.П. Методика расчета тепловой и аэродинамической характеристик калориферов из биметаллических труб со спиральными накатными и навитыми алюминиевыми ребрами. Вестник Международной академии холода, no. 3, 2004 г., стр. 16-20. / Bessonnyj A.N., Kuntysh V.B., Kalejchik T.P. Method for calculating the thermal and aerodynamic characteristics of air heaters made of bimetallic pipes with spiral rolling and wound aluminum fins. Journal of International Academy of Refrigeration, no. 3, 2004, pp. 16-20 (in Russian).

10. Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model. In Proc. of the 4th international symposium on turbulence, heat and mass transfer, 2003, 8 p.

11. Gizzatullina A., Koroleva M. et al. Numerical investigation of cooling down and aerodynamic resistance processes in ribbed tubular elements. In Proc. of the 2020 Ivannikov Ispras Open Conference, 2020, pp. 142-149.

12. Байметова Е.С., Гиззатуллина А.Ф., Пушкарев Ф.Н. Решение задачи сопряженного теплообмена в оребренной трубке с использованием OpenFoam. Химическая физика и мезоскопия, том 23, no. 2, 2021 г., стр. 154-164 / Baimetova E.S., Gizzatullina A.F., Pushkarev F.N. Solving the conjugate heat transfer problem in the ribbed tube with OpenFoam. Chemical physics and mesoscopy, vol. 23, no. 2, 2021, pp. 154-164 (in Russian).

13. Gizzatullina A.A., Mishchenkova O.V., Pushkarev F.N. Applying the scalability apparatus to estimate the thermal efficiency of a single finned tube. Journal of Physics: Conference Series, vol. 2057, 2021, article no. 012014.

14. Koroleva M.R., Saburova E.A., Chernova A.A. Studying the efficiency of cooling and resistance of ribbed tubular elements. Journal of Physics: Conference Series, vol. 1675, 2020, article no. 012009.

15. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. М., Наука, 1982 г., 472 cтр. / Zhukauskas A.A. Convective transfer in heat exchange devices. Moscow, Science, 1982, 472 p.

16. Бендерский Б.Я. Техническая термодинамика и теплопередача: Курс лекций. М.-Ижевск, Институт компьютерных исследований, 2002 г., 264 стр. / Benderskij B.Yа. Technical Thermodynamics and Heat Transfer: Course of Lectures. M.-Izhevsk, Institute of Computer Science, 2002, 264 p.