Численное исследование характеристик теплообмена и гидравлического сопротивления шахматных пучков сдвоенных труб круглой и каплевидной формы


DOI: 10.34759/tpt-2020-12-10-434-444

Авторы

Дееб Р.

Университет Дамаска, Сирия, Дамаск

e-mail: e.rawad.deeb@yandex.com, DeebR@mpei.ru

Аннотация

Приведены результаты численного исследования гидродинамики и теплообмена шахматного пучка сдвоенных труб круглой и каплевидной формы с помощью программного пакета ANSYS FLUENT. Работа выполнена для диапазона чисел Рейнольдса Re = 1.3⋅103–18.7⋅103 и для продольных шагов Sпро = 37; 46.25 мм. Получены уравнения для расчета среднего числа Нуссельта Nuср и коэффициента сопротивления трения f для рассматриваемых пучков труб круглой и каплевидной формы в зависимости от чисел Рейнольдса ReD, рассчитанных по средней скорости потока в узком сечении пучка труб. Результаты моделирования показали хорошее совпадение с экспериментальными данными, доступными в литературных источниках. Каплевидные трубы требуют значительно меньшей мощности для прокачки воздуха по сравнению с круглыми трубами одинаковой площади поверхности теплообмена при тех же условиях эксплуатации. Результаты настоящего исследования показывают, что теплогидродинамическая эффективность пучка сдвоенных каплевидных труб примерно в 4.47–5.47 раза выше, чем пучка труб круглого сечения.

Ключевые слова:

каплевидные трубы, круглые трубы, сдвоенные трубы, теплообмен, коэффициент трения, продольный шаг, численное исследование

Библиографический список

  1. Horvat A., Leskovar M., Mavko B. Comparison of heat transfer conditions in tube bundle crossflow for different tube shapes // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2006. V. 49. Iss. 5-6. P. 1027–1038. https://doi.org/ 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2005.09.030

  2. Buyruk E. Numerical study of heat transfer characteristics on tandem cylinders, inline and staggered tube banks in cross-flow of air // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2002. V. 29. P. 355–366. DOI:10.1016/ S0735-1933 (02) 00325-1

  3. Achenbach E. Total and local heat transfer from a smooth circular cylinder in cross-flow at high Reynolds number // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1975. V. 18. P. 1387–1396. https://doi.org/10.1016/0017-9310(75) 90252-5

  4. Ota T., Hideya N., Yukiyasu T. Heat transfer and flow around an elliptic cylinder // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1984. V. 27. P. 1771–1779. https://doi.org/10.1016/0017-9310(84)90159-5

  5. Ruth E.K. Experiments on a cross flow heat exchanger with tubes of lenticular shape // ASME J. Heat Transfer. 1983. V. 105. P. 571–575. https://doi.org/10.1115/ 1.3245623

  6. Bouris D. et al. Design of a novel, intensified heat exchanger for reduced fouling rates // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2005. V. 48. P. 3817–3832. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2005.03.026

  7. Lavasani A.M., Bayat H., Maarefdoost T. Experimental study of convective heat transfer from in-line cam shaped tube bank in crossflow // Applied Thermal Engineering. 2014. V. 65. Iss. 1-2. P. 85–93. https://doi.org/10.1016/ j.applthermaleng.2013.12.078

  8. El Gharbi N., Kheiri A., Ganaoui M., Blanchard R. Numerical optimization of heat exchangers with circular and non-circular shapes // Case Studies in Thermal Engineering. 2015. V. 6. P. 194–203. https://doi.org/10.1016/j.csite.2015. 09.006

  9. Žukauskas A.A., Ulinskas R.V. Efficiency parameters of heat transfer in tube banks // Heat Transfer Engineering. 1985. V. 6. Iss. 1. P. 19–25. DOI:10.1080/01457638508 939614

  10. Žukauskas A. Heat transfer from tubes in cross-flow // Ad- vances in Heat Transfer. 1972. V. 8. Iss. 1. P. 93–160. https://doi.org/10.1016/S0065-2717(08)70038-8

  11. Дееб Р., Сиденков Д.В. Численное исследование теплообмена и аэродинамики одиночных труб каплевидной формы // Вестник Международной академии холода. 2020. Т. 76. № 3. C. 91–99. DOI: 10.17586/1606-4313- 2020-19-3-91-99

  12. Жукова Ю.В., Терех А.М., Руденко А.И. Исследование конвективного теплообмена пакетов каплеобразных труб // Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении. Материалы X Школы-семинара по проблемам тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении. Казань, Россия. 13–15 сентября 2016. С. 15–18.

  13. Deeb R., Sidenkov D.V. Numerical simulation of the heat transfer of staggered drop-shaped tubes bundle // IOP Conf. Series: Journal of Physics. 2019. DOI: 10.1088/1742-6596/1359/1/012135

  14. Deeb R., Sidenkov D.V. Investigation of flow characteristics for drop-shaped tubes bundle using ansys package // 2020 V International Conference on Information Technologies in Engineering Education (Inforino). Moscow. Russia. 2020. DOI: 10.1109/Inforino48376.2020.9111775

  15. Deeb R., Sidenkov D.V. Calculation of radiation heat transfer in staggered drop-shaped tubes bundle // IOP Conf. Series: Journal of Physics. 2019. DOI: 10.1088/1742-6596/1565/1/012043

  16. Терех A.М., Руденко A.И., Жукова Ю.В. Аэродинамическое сопротивление и визуализация течения вокруг одиночных труб каплеобразной формы // Инженерно-физический журнал. 2013. Т. 86. № 2. С. 358–364

  17. Deeb R. Effect of longitudinal spacing on the flow and heat transfer for staggered drop-shaped tubes bundle in cross-flow // Physical-Chemical Kinetics in Gas Dynamics. 2020. V. 21. Iss. 1. DOI: 10.33257/PhChGD.21.1.878

  18. Matos R.S. et al. Optimization study and heat transfer comparison of staggered circular and elliptic tubes in forced convection // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2001. V. 44. Iss. 20. P. 3953–3961. https://doi.org/ 10.1016/S0017-9310(01)00006-0

  19. Matos R.S. et al. Optimally staggered finned circular and elliptic tubes in forced convection // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2004. V. 47. Iss. 6–7. P. 1347–1359. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2003.08.015

  20. Zehua H., Sun D. Predicting local surface heat transfer coefficients by different turbulent k-ε models to simulate heat and simulate heat and moisture transfer during airblast chilling // International Journal Refrig. 2001. V. 24. Iss. 7. P. 702–717. https://doi.org/10.1016/S0140-7007(00) 00081-5

  21. Orszag S.A., Yakhot V., Flannery W.S., et al. Renormalization group modeling and turbulence simulations. In: Proceedings of the International Conference on Near-Wall Turbulent Flows, Tempe, Arizona, USA, 1993. P. 1031.

  22. Soe T.M., Khaing S.Y. Comparison of turbulence models for computational fluid dynamics simulation of wind flow on cluster of buildings in mandalay // International Journal of Scientific and Research Publications. 2017. V. 7. Iss. 8. P. 2250–3153.

  23. ANSYS, Inc. ANSYS Fluent Reference Guide16.0. 2015.

  24. Webb R. Performance evaluation criteria for use of enhanced heat transfer surfaces in heat exchanger design // International Journal Heat Mass Transfer. 1981. V. 24. P. 715–726. https://doi.org/10.1016/0017-9310(81)90015-6

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024