Параметрическое исследование эффективности исполнения единичной секции маслоохладителя

В работе приведены результаты численного исследования влияния конструктивного параметра – зазора между охлаждающими пластинами конвективного теплообменного аппарата на его эффективность. Рассматривается единичная охлаждающая секция маслоохладителя, состоящая из разведённых на определенное расстояние охлаждающих пластин. Оценка эффективности устройства строится на основе анализа изменения коэффициентов теплоотдачи на границах рабочих сред от увеличения расстояния между пластинами. Рассматривается задача сопряженного теплообмена между нагретым гидравлическим маслом, пластинами маслоохладителя и холодным турбулентным потоком нагнетаемого вентилятором воздуха. Численное решение полученной системы уравнений строится методом контрольных объемов с использованием решателя chtMultiRegionFoam свободно распространяемого программного обеспечения OpenFOAM. Численное моделирование рабочих процессов, протекающих в единичной секции маслоохладителя, производилось методом установления. В результате численного моделирования получены поля физических величин, структура потока воздуха и масла в соответствующих каналах устройства. Выявлено и показано влияние величины зазора между пластинами на внутреннюю и внешнюю аэродинамику единичной секции маслоохладителя. Выявлен, описан и обоснован неравномерный нагрев корпуса охлаждающей секции с локализацией температурного максимума в области внутренних центральных каналов. Анализ полученных теплофизических характеристик позволил выявить оптимальное расстояние между пластинами маслоохладителя в 22 мм.

1. Зиннатуллин Н.Х., Ильин В.К., Хайбуллина А.И. З-63 Нагнетатели и тепловые двигатели, Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2016. – 158 с.

2. Du Toit C.G., Kroger D.G. Modelling of the recirculation in mechanical-draught heat exchangers // R&D Journal, 1993, vol. 9, No. 1, 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, 2010, No. 2, pp. 291-297.

4. Xing Xuea, Xianming Fenga, Junmin Wanga, Fang Liu, Modeling and Simulation of an Air-cooling Condenser under Transient Conditions // Procedia Engineering, 2012, № 31, pp. 817 – 822.

5. Чернов Н.С. Технико-экономическая оценка эффективности теплообменных аппаратов // Автомобильная промышленность, 2011, № 3, с. 33-35.

6. Леонтьев А. И., Олимпиев В. В.Теплофизика и теплотехника перспективных интенсификаторов теплообмена (обзор) // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2011. № 1. с. 7-31.

7. Попов И.А., Махянов Х.М., Гуреев В.М. Интенсификация теплообмена. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена. Казань: Центр инновационных технологий, 2009. 560 c.

8. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках / А.А. Жукаускас. М.: Наука, 1982. 472 с.

9. Глухарев А.С., Навасардян Е.С. Повышение эффективности теплообменных аппаратов за счет оребрения внутритрубного пространства // Молодежный научно-технический вестник ФС77-51038, 2017, №1, http://sntbul.bmstu.ru/doc/854258.html.

10. Lambert T. Automated Boundary Layer Mesh Generation for Simulation of Convective Cooling, Bachelor Thesis Defense, MathCCES Lunch Seminar, RWTH Aachen University, 10 April, 2018, 90 p.

11. Shoji Y., Sato K., Oliver D. R. Heat Transfer Enhancement in Round Tube Using Coiled Wire: Influence of Length and Segmentation // Heat Transf. Asian Res, 2003, vol. 32, pp. 99–107.

12. Garcia A., Vicente P. G., Viedma A. Experimental Study of Heat Transfer Enhancement with Wire Coil Inserts in Laminar-Transition-Turbulent Regimes at Different Prandtl Numbers // Int. J Heat Mass Transf., 2005, vol. 48, pp. 4640–4651.

13. Liu S., Sakr M. A Comprehensive Review on Passive Heat Transfer Enhancements in Pipe Exchangers // Renew. Sustain. Energy Rev., 2013, vol. 19, pp. 64–81.

14. Rahai H. R., Wong T. W. Velocity Field Characteristics of Turbulent Jets from Round Tubes with Coil Inserts // Appl. Therm. Eng., 2002, vol. 22, pp. 1037–1045.

15. Армянин А. Ю., Байметова Е. С., Хвалько М. Е. Особенности теплового режима маслоохладителя с развитой внешней поверхностью // Химическая физика и мезоскопия. 2022, т. 24, № 1. С.93 – 103. https://doi.org/10.15350/17270529.2022.1.8.

16. Baymetova E. S., Chernova A. A., Koroleva M. R., Kelemen M. Optimization of the developed outer surface of an industrial oil cooler // MM Science Journal, 2021, vol. 2021, No. June, pp. 4764-4768. https://doi.org/10.17973/MMSJ.2021_10_2021027.

17. Байметова Е. С. Определение оптимальных конструктивных параметров теплообменной секции путем численного моделирования // Diagnostics, Resourceand Mechanicso fMaterials and Structures. 2022. № 2. с. 45-54. https://doi.org/10.17804/2410-9908.2022.2.045-054.

18. Байметова Е.С., Чернова А.А., Шигапова А.Р. Аэродинамика плохообтекаемых тел на примере конвективного теплообменного аппарата // Химическая физика и мезоскопия. 2024, т. 26, № 2, с. 143-154.

19. Байметова Е. С. Численное моделирование гидродинамических процессов в многоканальном коллекторе // Труды МАИ. 2023. № 130, 8. https://doi.org/10.34759/trd-2023-130-08.

20. Байметова Е.С., Митрюкова Е.А. Численное и экспериментальное исследование гидродинамики теплообменного аппарата // Труды Института системного программирования РАН. 2023, т. 35, № 6, с. 235-246. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2023-35(6)-15.

21. Королева М. Р., Терентьев А. Н., Чернова А. А. Гидродинамика коллектора сложной формы // Вестник РГАТА имени П.А. Соловьева. 2021. № 3 (58), с. 50-55.

22. Байметова Е.С., Хвалько М.Е., Армянин А.Ю. Моделирование сопряженного теплообмена в микроканалах в среде openFOAM // Труды Института системного программирования РАН. 2022, т. 34. № 5. с. 205-214. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2022-34(5)-14.

23. Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений: Учебное пособие. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. - 88 с.

24. Menter F. R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model // Proceedings of the Fourth International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer. Antalya, Turkey, 12-17 October, 2003, pp. 625-632.

25. Finned ChtMultiRegionFoamOpenFoam. Solver for steady or transient fluid flow and solid heat conduction, with conjugate heat transfer between regions, buoyancy effects, turbulence, reactions and radiation modelling. URL: https://openfoamwiki.net/index.php/ChtMultiRegionFoam (дата обращения 21.02.2023).