Отчет о выполнении проекта № 17-19-01604 «Экспериментальное и расчетно-теоретическое исследование процессов тепломассообмена при конденсации движущейся парогазовой смеси с большим содержанием неконденсирующихся газов на гладких и оребрённых трубах» за 2019 год

Цель работы - проведение расчетно-теоретических и экспериментальных исследований процесса конденсации водяного пара из движущейся парогазовой смеси в трубном пучке в широком диапазоне концентрации неконденсирующихся газов (НКГ), скоростей смеси и условий отвода тепла конденсации. Разработка методик расчёта процесса конденсации пара из парогазовой смеси с большим содержанием неконденсирующихся газов.На третьем этапе работы по гранту в соответствии с условиями Соглашения были проведены экспериментальные исследования локальных и интегральных характеристик теплообмена при конденсации парогазовой смеси с высоким содержанием неконденсирующихся газов на гладких горизонтальных трубах с впрыском в движущийся пар воды, имитирующей стекание плёнки конденсата с расположенных впереди труб. Результаты экспериментальных исследований были обработаны и обобщены методами теории подобия. Экспериментальный стенд рабочего участка для исследования локальных характеристик теплообмена был модифицирован для подачи воды в пар через перфорированную половину трубы, размещённую в верхней части теплообменника.Усовершенствованы генерация численной сетки вблизи криволинейной поверхности труб, численные алгоритмы расчета толщины пленки и реализована модифицированная компьютерная модель конденсации пара из парогазовой смеси, движущейся в канале с охлаждаемым трубным пучком. Модифицированные численная сетка и алгоритмы позволили избежать неестественных пульсаций расчётной толщины пленки в зонах ее отрыва и натекания конденсата, образовавшегося на вышерасположенных трубах пучка. Разработанная компьютерная модель конденсации пара из движущейся парогазовой смеси в пучке гладких горизонтальных труб, позволяющая рассчитать теплоотдачу и локальные характеристики паровоздушного потока внутри трубного пучка, реализована в авторском открытом CFD коде ANES.Проведена методическая верификация модели на полученных ранее экспериментальных данных. Результаты расчетов коэффициентов теплопередачи для двух конструкций конденсаторов, исследованных экспериментально в рамках данного проекта, согласуются с полученными экспериментальными данными в широком диапазоне режимных параметров. Для указанных конструкций были получены также распределения толщин пленок по периметру трубок, поля скоростей паровоздушной смеси и концентраций неконденсирующихся газов, проанализировано влияние орошения капающим сверху конденсатом на толщины пленок конденсата и коэффициенты теплопередачи. Показано, что учет орошения нижних труб конденсатом, образовавшимся на верхнем ряду труб, приводит к лучшему соответствию расчетных и экспериментальных данных.Анализ результатов расчетов показал, что разработанная модель позволяет проводить моделирование процесса конденсации пара из движущейся парогазовой смеси с большим содержанием неконденсирующихся газов в каналах, содержащих до нескольких сотен труб.Была предложена аппроксимация полученных экспериментальных данных, основанная на известной формуле Бермана.