Влияние дистанцирующих выступов в щелевом канале малой ширины на его теплогидравлические характеристики при ламинарном течении

Аннотация

Проведено аналитическое исследование влияния дистанцирующих выступов на теплогидравлические характеристики ленточно-щелевой теплопередающей матрицы роторного теплообменника. Исследование выполнено с помощью математического моделирования теплогидравлических процессов в ленточно-щелевом канале малой высоты (0,4 мм) при характерном для роторных теплообменных аппаратов ламинарном режиме течения. Проанализировано влияние числа дистанцирующих выступов в рядах, расстояния между рядами, суммарного числа выступов в канале на среднее значение числа Нуссельта и перепада давления, а также влияние изменения скоростного и температурного режимов на теплогидравлические характеристики. Несмотря на ламинарный режим течения, установка дистанцирующих выступов в ленточно-щелевом канале приводит к уменьшению числа Нуссельта и увеличению гидравлического сопротивления щелевого канала по сравнению с плоским щелевым каналом без выступов. Установлено, что влияние взаимного расположения дистанцирующих выступов на лентах на теплогидравлические характеристики потока незначительно и увеличение температуры стенок щелевых каналов не приводит к значительному изменению характера теплообмена в исследуемых каналах, а изменение скоростного режима ламинарного течения также практически не влияет на интенсивность теплообмена в рассматриваемых каналах

Работа выполнена при финансовой поддержке Московского Политеха в рамках гранта имени В.Е. Фортова

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Костюков А.В., Косач Л.А., Мерзликин В.Г. Влияние дистанцирующих выступов в щелевом канале малой ширины на его теплогидравлические характеристики при ламинарном течении. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2023, № 3 (146), c. 127--139. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2023-3-127-139

Литература

[1] Грачев Л.П., Булат П.В., Есаков И.И. и др. Способ сжигания сверхбедных топливных смесей в камерах сгорания энергетической микротурбины с помощью стримерного разряда. Проблемы региональной энергетики, 2018, № 2, с. 70--84. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1343414

[2] Костюков А.В., Косач Л.А., Горновский А.С. и др. Многоцелевая высокоэффективная микротурбина мощностью 50 кВт. Наукоград: наука, производство, общество, 2016, № 2, с. 23--26.

[3] Шевелев Д.В., Сомкин С.А. Выбор оптимальных параметров термодинамического цикла когенерационных микроГТУ. Инженерный журнал: наука и инновации, 2014, № 9. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2014-9-1277

[4] Konecna E., Masa V. Review of gas microturbine application in industry. Chem. Eng. Trans., 2019, vol. 76, pp. 355--360. DOI: http://dx.doi.org/10.3303/CET1976060

[5] Wolowicz M., Kolasi’nski P., Badyda K. Modern small and microcogeneration systems --- a review. Energies, 2021, vol. 14, no. 3, art. 785. DOI: https://doi.org/10.3390/en14030785

[6] Сафонов Е.В., Бромер К.А., Шульц А.О. и др. Особенности конструкции эффективных рекуператоров микрогазотурбинных энергоустановок. Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение, 2013, № 2, с. 63--67.

[7] Shah R. Compact heat exchangers for microturbines. In: Micro gas turbines. Educational Notes, RTO-EN-AVT-131, 2005, paper 2, pp. 2-1--2-18.

[8] Костюков А.В., Алексеев Р.А. Повышение эффективности роторного теплообменника малоразмерного газотурбинного двигателя. Известия МГТУ МАМИ, 2012, № 1, с. 52--58.

[9] Kostukov A.V., Kosach L.A., Dementiev A.A. Experimental study of a rotary heat exchanger with a metal mesh matrix. J. Phys.: Conf. Ser., 2021, vol. 2096, art. 012205. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2096/1/012205

[10] Neale A., Derome D., Blocken B., et al. Determination of surface convective heat transfer coefficients by CFD. Proc. 11th NBEC Canadian Building Sc. Technol. Conf. 2007.URL: https://www.researchgate.net/publication/267426300_Determination_оf_Surface_Convective_Heat_Transfer_Coefficients_by_CFD (дата обращения: 08.11.2022).

[11] Минаков А.В., Лобасов А.С., Дектерев А.А. Моделирование гидродинамики и конвективного теплообмена в микроканалах. Вычислительная механика сплошных сред, 2012, т. 5, № 4, с. 481--488. DOI: https://doi.org/10.7242/1999-6691/2012.5.4.56

[12] Ferreira G., Sucena A., Ferras L., et al. Hydrodynamic entrance length for laminar flow in microchannels with rectangular cross section. Fluids, 2021, vol. 6, no. 7, art. 240. DOI: https://doi.org/10.3390/fluids6070240

[13] Matyushenko A.A., Stabnikov A.S., Garbaruk A.V. Criteria of computational grid generation for turbulence models taking into account laminar-turbulent transition. J. Phys.: Conf. Ser., 2019, vol. 1400, art. 077047. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1400/7/077047

[14] Ефремов В.Р., Курулин В.В., Козелков А.С. и др. Использование пристеночных функций для моделирования турбулентного теплового пограничного слоя. Журнал вычислительной математики и математической физики, 2019, т. 59, № 6, с. 1037--1046. DOI: https://doi.org/10.1134/S004446691906005X

[15] Костюков А.В., Косач Л.А., Горновский А.С. Теплогидравлический расчет роторного теплообменника со сверхвысокой степенью регенерации. Научная дискуссия: вопросы технических наук, 2016, № 9-10, с. 46--55.