Комплексное исследование структуры потока, аэродинамического сопротивления и теплоотдачи в пучках труб с интенсификаторами теплообмена

Воздухоохлаждаемые теплообменники (ВОТ) широко распространены в различных отраслях промышленности. Они используются в топливно-энергетическом комплексе (на газо- и нефтеперерабатывающих заводах, на компрессорных станциях магистральных газопроводов), воздушно-отопительных агрегатах, приточно-вытяжной системе вентиляции зданий и сооружений, холодильной технике, калориферов общего назначения и т.д. Данные теплообменники в основном эксплуатируются в режиме вынужденной конвекции, на привод которых затрачивается большое количество электроэнергии. Одним из способов решения проблемы энергосбережения является перевод ВОТ в режим свободной конвекции, с полным или частичным отключением электропривода вентиляторов с обеспечением при этом заданного теплового режима. Поэтому очень актуальны углубленные исследования эксплуатации данных теплообменников в режиме свободной конвекции, которые связаны с разработкой энергоэффективной поверхности теплообмена ВОТ в данном тепловом режиме. При оснащении их дополнительными устройствами, позволяющими интенсифицировать свободную конвекцию, теплопроизводительность теплообменника может оставаться стабильной при более высоких температурах окружающего воздуха. Одним из таких устройств является вытяжная шахта, установленная над ВОТ для усиления тяги воздуха, тогда, данный режим конвективного теплообмена будет являться смешанным, где вынужденный и свободно-конвективный теплообмен играют равнозначную роль. Другим перспективным направлением исследований является повышение эффективности теплообмена в пучках труб. Здесь возможно использование как поверхностных интенсификаторов теплообмена, так и увеличение поверхности теплообмена за счет оребрения, и совмещение данных методов пассивной интенсификации теплообмена. В качестве поверхностных интенсификаторов все чаще предлагаются и используются системы выемок различной формы. Однако их использование на внешних поверхностях труб требуют выбора рациональной их компоновки, для обеспечения как максимальной интенсификации теплообмена, так и обеспечения умеренного роста аэродинамического сопротивления. Имеются сведения, что нанесение генераторов вихрей позволяет уменьшить зону отрыва и снизить аэродинамическое сопротивление теплообменных труб, однако конкретные рекомендации по данному вопросу отсутствуют. Цель работы - Экспериментальное и численное исследование аэродинамического сопротивления и теплоотдачи пучков теплообменных труб теплоутилизационных установок при нанесении на поверхность труб генераторов вихрей с целью разработки рекомендаций по повышению теплоаэродинамической эффективности пучков труб. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Экспериментально и с привлечением методов вычислительной гидрогазодинамики исследовать конвективный теплообмен поперечно-обтекаемых пучков труб с нанесенными на их поверхность генераторами вихрей в режиме вынужденной конвекции; а также визуализировать течение в следе за пучком; 2. Экспериментально и численно исследовать течения и теплообмена в трубах с внешним и внутренним расположением генераторов вихрей траншейного типа, наклонных к потоку; верифицировать метод спрямления линий тока в отношении течений в каналах с генераторами вихрей, наклонный к потоку. 3. Экспериментально и с привлечением методов вычислительной гидрогазодинамики исследовать конвективный теплообмен поперечно-обтекаемых малорядных пучков оребренных труб, размещенных в узком канале, в режимах свободной и смешанной конвекции, а также визуализировать течение в следе за пучком. В ходе выполнения работы на основе полученных экспериментальных данных будут разработаны уравнения подобия для расчета теплоотдачи и усовершенствована методика расчета лучистой составляющей теплообмена в режиме смешанной конвекции, рекомендации по использованию генераторов вихрей для улучшения тепло- и аэродинамических характеристик пучков труб.. Будет разработана методика расчета теплоотдачи поперечно-обтекаемых малорядных пучков оребренных труб с учетом характера оребрения в режиме смешанной конвекции воздуха. Экспериментально и методами вычислительной гидрогазодинамики будет апробирован пассивный метод интенсификации теплообмена на счет нанесения генераторов вихрей на плоскую часть плоскоовальных труб.