Construction of a Hydraulic Model of a Heat Exchanger
https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2025-37(2)-9
Abstract
The work presents the construction of a hydraulic model of a heat exchanger (HE). The multi-section HE studied in this work includes a heat exchange matrix of 11 sections, each of which contains 6 small-diameter channels. The construction of a hydraulic mathematical model (HMM) is based on the results of experimental studies and the results of mathematical modeling. Numerical simulations were carried out in the OpenFOAM package using the simpleFoam solver. Based on mathematical modeling, full-size calculations of the TA were carried out in the operating range of Reynolds numbers, as well as additional calculations of flow in small-sized channels taking into account internal fins and the presence of heat transfer intensifiers. As a result of analyzing the distribution of hydraulic losses in a multi-section HE, a hydraulic mathematical model of the device’s operation was constructed. Based on a comparison of calculated data and the results of experimental studies, the parameters of the HMM heat exchanger were identified. The constructed model will be further generalized to a wide range of HE sizes of this type.
About the Authors
Elena Sergeevna BAIMETOVA
Kalashnikov Izhevsk State Technical University
Russian Federation
Russian Federation
A senior lecturer at the Department of Heat Engines and Plants, Kalashnikov Izhevsk State Technical University. Research interests: computational fluid dynamics and intensification of heat exchange processes.
Maria Ravilevna KOROLEVA
Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Russian Federation
Russian Federation
Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Researcher at the Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. Research interests: mathematical modeling, difference schemes, gas dynamics, hydrodynamics, cavitation, heat exchange.
References
1. Kоролева М.Р., Терентьев А.Н., Чернова А.А. Гидродинамика коллектора сложной формы. Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьева. 2021. № 3 (58). с.50-55. / Koroleva M.R., Terent'ev A.N., Chernova A.A. Hydrodynamics of a complex-shaped reservoir. Bulletin of the Rybinsk State Aviation Technological Academy named after. P.A. Solovyova, 2021, No. 3 (58), pp. 50-55. (in Russian).
2. Байметова Е.С., Митрюкова Е.А. Численное и экспериментальное исследование гидродинамики теплообменного аппарата. Труды института системного программирования РАН. Москва. Т. 35. № 6. 2023. С.235-246. / Baimetova E.S., Mitryukova E.A. Numerical and experimental study of the hydrodynamics of a heat exchanger. Proceedings of the Institute of System Programming of the Russian Academy of Sciences. Moscow, vol. 35, No. 6, 2023, pp. 235-246. (in Russian).
3. Байметова Е.С. Численное моделирование гидродинамических процессов в многоканальном коллекторе. Труды МАИ. 2023. № 130. / Baimetova E.S. Numerical simulation of hydrodynamic processes in a multichannel collector. Trudy MAI, 2023, No. 130 (in Russian).
4. М.В. Гуреев, А.М. Ермаков, Ю.В. Жукова, Р.Г. Кадыров, Р.Р. Калимуллин, Г.С. Маршалова, А.А. Миронов Р.М., Низамутдинов, И.А. Попов, А.Н. Скрыпник, С.В. Тиунов, Р.А. Усенков, И.И. Хабибуллин, А.Д. Чорный. Повышение надежности прогнозирования теплогидравлических характеристик трубчато-ребристых радиаторов аппаратов воздушного охлаждения энергоустановок на основе численного и экспериментального исследования. Тепловые процессы в технике. 2020, т. 12. №11. с. 482–502. / M.V. Gureev, A.M. Ermakov, Yu.V. Zhukova, R.G. Kadyrov, R.R. Kalimullin, G.S. Marshalova, A.A. Mironov R.M., Nizamutdinov, I.A. Popov, A.N. Skrypnik, S.V. Tiunov, R.A. Usenkov, I.I. Khabibullin, A.D. Chornyj. Improving the reliability of forecasting the thermohydraulic characteristics of tubular-ribbed radiators of air cooling devices of power plants based on numerical and experimental research. Thermal processes in engineering, 2020, vol. 12, no.11, pp. 482 - 502.
5. Байметова Е.С., Королева М.Р., Чернов К.В., Меньшиков А.П., Бураков А.М., Ардашев Н.С. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Номер свидетельства: RU 2024666090. Онлайн конфигуратор теплообменного оборудования. Дата регистрации: 28.06.2024. Дата публикации: 09.07.2024. / Baimetova E.S., Koroleva M.R., Chernov K.V., Menshikov A.P., Burakov A.M., Ardashev N.S. Certificate of state registration of a computer program. Certificate number: RU 2024666090. Online configurator of heat exchange equipment. Registration date: 06/28/2024. Date of publication: 07/09/2024.
6. Байметова Е.С., Хвалько М.Е., Армянин А.Ю. Моделирование сопряженного теплообмена в микроканалах в среде OpenFOAM. Труды института системного программирования РАН. Москва, т. 34. № 5. 2022. с. 205-214. / Baimetova E.S., Khvalko M.E., Armyanin A.Yu. Simulation of coupled heat transfer in microchannels in the OpenFOAM environment. Proceedings of the Institute of System Programming of the Russian Academy of Sciences. Moscow, vol. 34. No. 5. 2022. pp. 205-214. (in Russian).
7. Попов И.А., Махянов Х.М., Гуреев В.М. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена: Интенсификация теплообмена / Под общ. ред. Ю.Ф. Гортышова. Казань: Центр инновационных технологий, 2009. 560 с. / Popov I.A., Makhyanov Kh.M., Gureev V.M. Physical basis and industrial application of heat transfer intensification: Heat transfer intensification / Under the general editorship of Yu.F. Gortyshov, Kazan: Center for Innovative Technologies, 2009, 560 p. (in Russian).
8. Быстров Ю.А., Исаев С.А., Кудрявцев Н.А., Леонтьев А.И. Численное моделирование вихревой интенсификации теплообмена в пакетах труб. СПб.: Судостроение, 2005. 392 с. / Bystrov Yu.A., Isaev S.A., Kudryavcev N.A., Leontev A.I. Numerical modeling of vortex intensification of heat transfer in pipe packages, St. Petersburg: Shipbuilding, 2005, 392 p. (in Russian).
9. Быстров П.И., Михайлов В.С. Гидродинамика коллекторных теплообменных аппаратов. М.: Энергоиздат, 1982. 224 с. / Bystrov P.I., Mihajlov V.S. Hydrodynamics of collector heat exchangers. Moscow, Energoizdat, 1982, 224 p. (in Russian).
10. Дубоносов, А.Ю. Гидродинамика входных цилиндрических коллекторов теплообменных аппаратов теплоэнергетических установок. Краснодар: Изд. Дом – Юг, 2013. – 124 с. / Dubonosov, A.Yu. Hydrodynamics of input cylindrical collectors of heat exchangers of thermal power plants. Krasnodar, Izd. Dom – Yug, 2013, 124 p. (in Russian).
Review
For citations:
BAIMETOVA E.S., KOROLEVA M.R. Construction of a Hydraulic Model of a Heat Exchanger. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2025;37(2):129-140. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2025-37(2)-9
Email this article 