Исследование теплообмена в канале с оребренной поверхностью методом численного моделирования
Проведение численного исследования движения потока воздуха в канале с оребренной поверхностью. Анализ зависимости критерия Нуссельта и скорости хода теплоносителя для различных профилей оребрения. Изучение зависимости теплоотдачи от скорости потока.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.03.2018 |
| Размер файла | 226,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Самарский государственный технический университет
Исследование теплообмена в канале с оребренной поверхностью методом численного моделирования
Никитин М.Н.
Подлипнова К.Е.
Воздушные теплообменные аппараты (калориферы, фанкойлы и пр.) [1-3] получили широкое распространение благодаря надежности и доступности используемых теплоносителей. Они применяются в различных отраслях в том числе в системах теплоснабжения и вентиляции, в нефтегазовом хозяйстве и энергетике.
В данной работе рассмотрен пластинчато-ребристый теплообменник [4] с различной формой ребер. Определение оптимальной формы оребрения проводилось методом численного моделирования в программном пакете Code_Saturne [5]. Была использована численная модель, адекватность которой была подтверждена для случая поперечного обтекания пучка нагретых труб [6].
Для упрощения и сокращения времени расчета [7] за расчетную область был взят симметричный участок теплообменника (рис. 1) длиной L= 0,1029 м; высотой K= 0,0165 м; радиус закругления ребер R= 0,0159 м и различной высотой ребер H= 0,0159 м (рис.1 а); Н= 0,0053 м (рис.1 б); Н= 0,00265 м (рис.1 в).
Рис. 1. Расчетная область.
Исходя из геометрии расчетной области, была построена расчетная сетка, состоящая из 15 тыс. призматических ячеек, максимальный размер ячеек 0,005 м (рис. 2). Вдоль поверхностей теплообмена построены пристеночные призматические слои [8] ?у = 0.00138 м; количество слоев 10; коэффициент растяжения 1.2. поток воздух теплоноситель оребрение
Рис. 2. Фрагмент расчетной сетки.
Расчет проводился при постоянных параметрах воздуха при начальной температуре Т0 = 20 0С и давлении p = 101325 Па, расчет был проведен для шести различных скоростей на входе в теплообменник:
Задача решена в стационарной постановке и без применения модели турбулентности, так как в экспериментальной установке наблюдался ламинарный режим течения [9]. Уравнение неразрывности решалось по полу-неявному методу (SIMPLEC) [10]. Максимальное количество итераций составило 2000, базовая точность решателя не превышала. Для всех параметров проводилась дискретизация второго порядка (Centered). В данном расчете не использовалась релаксация шаговых отклонений.
Решение получено для 2 с эксперимента с фиксированным шагом 0.001 с. Результатом моделирования является зависимость числа Нуссельта от числа Рейнольдса (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость теплоотдачи от скорости потока.
Полученная зависимость показывает определенный предел роста эффективности теплоотдачи (Nu) по мере увеличения высоты ребер в рассматриваемом диапазоне чисел Рейнольдса. Для рассматриваемого случая наибольшая теплоотдача наблюдается для ребер с высотой Н = 0,0053 м.
Литература
1. Берман С. С. Теплообменные аппараты и конденсационные устройства турбоустановок. - Рипол Классик, 2013.
2. Ефимов А. В., Гончаренко А. Л., Гончаренко А. В. Система глубокой утилизации теплоты газов, уходящих из котельных агрегатов. - 2013.
3. Никульшин Р. К., Морозюк Л. И., Соколовская В. В. Анализ характеристик кожухотрубного конденсатора с целью энергосбережения // Холодильна техніка та технологія. - 2014. - №. 1. - С. 37-43.
4. Васильев В. Я. Рациональная интенсификация конвективного теплообмена рассечением длинных гладких каналов // Вестник Московского авиационного института. - 2010. - Т. 17. - №. 3. - С. 14-18.
5. Козелков А. С. и др. Реализация метода расчета вязкой несжимаемой жидкости с использованием многосеточного метода на основе алгоритма SIMPLE в пакете программ ЛОГОС // Журнал ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процессов. - 2013. - №. 4. - С. 44-56.
6. Подлипнова К.Е., Никитин М.Н. Численное исследование теплообмена с оберенной поверхностью// Труды Академэнерго, 2016, №4. - С. 42-49. [в печати]
7. Волков К. Н. Балансировка нагрузки процессоров при решении краевых задач механики жидкости и газа сеточными методами // Вычислительные методы и программирование. - 2012. - Т. 13. - №. 1. - С. 107-129.
8. Лашкин С. В. и др. Моделирование течений вязкой несжимаемой жидкости разделенным и совмещенным алгоритмом типа SIMPLE // Математическое моделирование. - 2016. - Т. 28. - №. 6. - С. 64-76.
9. Прандтль Л., Титьенс О. Гидро-и аэромеханика. - Рипол Классик, 2013. - Т. 2.
Аннотация
Проведено численное исследование движения потока воздуха в канале с оребренной поверхностью. Решение получено для ламинарного режима в стационарной постановке. Получена зависимость критерия Нуссельта и скорости движения теплоносителя для различных профилей оребрения. Определена оптимальная форма профиля оребрения для плоскопараллельных каналов в диапазоне критериев Рейнольдса Re = 2000ч12000.
Ключевые слова: оребренная поверхность, теплообмен, численное моделирование, воздушный калорифер, ламинарный режим.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Изучение конструкции и принципа работы спиральных теплообменников. Рабочие среды спиральных теплообменных аппаратов. Расчет тепловой нагрузки, скорости теплоносителя в трубах, расхода воды, критериев Рейнольдса и Нуссельта, коэффициентов теплоотдачи.
контрольная работа [135,3 K], добавлен 23.12.2014Экспериментальное изучение зависимости гидравлического сопротивления слоя от фиктивной скорости газа. Определение критической скорости газа: скорости псевдоожижения и скорости свободного витания. Расчет эквивалентного диаметра частиц монодисперсного слоя.
лабораторная работа [1,1 M], добавлен 23.03.2015Максимальная скорость струи на выходе из печи. Диаметр газовой струи в месте встречи с поверхностью сталеплавильной ванны. Радиус газовой струи. Распределение скорости газа по сечению потока. Определение глубины проникновения кислородной струи в ванну.
контрольная работа [144,1 K], добавлен 25.03.2009Описание тепловых процессов при токарной обработке. Определение зависимости температуры на передней поверхности резца от координаты и скорости резания. Моделирование температурного поля инструмента с помощью численного метода конечных разностей.
лабораторная работа [65,1 K], добавлен 23.08.2015Определение передаточных функций звеньев. Логарифмические характеристики и проверка на устойчивость. Расчет зависимости угловой скорости от задающего напряжения и момента сопротивления в статическом режиме работы. Переходные процессы изменения скорости.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 24.10.2015Анализ причин расхождения расчетных значений скорости резания, преимущества и недостатки существующих методик. Расчет скорости резания альтернативным методом. Разработка блок-схемы алгоритма автоматизированного выбора скорости резания для станков с ЧПУ.
курсовая работа [308,1 K], добавлен 04.04.2013Порядок разработки и практическая апробация измерителя скорости потока жидкости, предназначенного для контроля ее расхода в закрытых и открытых системах циркуляции. Проектирование структурной схемы и выбор элементной базы устройства, оценка погрешности.
курсовая работа [223,2 K], добавлен 15.05.2009Анализ особенностей резания червячными фрезами. Разработка операционной технологии обработки зубьев, расчет сил резания при фрезеровании. Экономическая эффективность от внедрения в производство проектируемой фрезы с комбинированной передней поверхностью.
дипломная работа [728,9 K], добавлен 15.04.2011Влияние конструктивных и режимных параметров циклонной камеры на ее аэродинамику. Скоростные характеристики ядра потока газа; турбулентный обмен. Определение общего сопротивления циклонной камеры скорости потока, ее вращательной и осевой составляющих.
курсовая работа [867,2 K], добавлен 10.11.2015Расчет и построение решеток профилей дозвукового осевого компрессора. Параметры потока в межвенцовых зазорах ступени в среднем, периферийном и втулочном сечении. Определение размеров камеры сгорания. Расчет выходной патрубка - осерадиального диффузора.
курсовая работа [741,3 K], добавлен 27.02.2012Изучение теоретических основ нарезания зубчатых колес методом обкатки зубчатой рейкой. Построение профилей колес с помощью прибора. Фрезерование зубьев цилиндрического колеса. Форма зуба в зависимости от смещения. Положение рейки относительно колеса.
лабораторная работа [1,8 M], добавлен 04.06.2009Пример определения теплоемкости при заданной температуре. Тепловой поток излучения. Коэффициент теплоотдачи излучения. Число Прандтля и число Грасгофа. Критерий Нуссельта. Коэффициент теплоотдачи конвекцией. Критерий Фурье. Безразмерная температура.
лабораторная работа [202,3 K], добавлен 11.06.2013Расчет рукавного фильтра. Определение скорости движения очищаемого газового потока. Использование циклона конструкции "Гидродревпрома" для улавливания отходов деревообработки. Фракционная эффективность очистки пылегазовых выбросов в пенном скруббере.
контрольная работа [85,1 K], добавлен 27.11.2013Определение и построение кривой скорости сушки. Cопоставление расчетного и опытного значений коэффициента массоотдачи. Определение критерия Рейнольдса. Расчет интенсивности испарения влаги. Динамический коэффициент вязкости воздуха и скорость обдува.
лабораторная работа [1,0 M], добавлен 27.03.2015Качественные и количественные методы исследования коррозии металлов и ее оценки. Определение характера и интенсивности коррозионного процесса с помощью качественного метода с применением индикаторов. Измерение скорости коррозии металла весовым методом.
лабораторная работа [18,1 K], добавлен 12.01.2010Расчет необходимого расхода абсолютно сухого воздуха, влажного воздуха, мощности калорифера и расхода греющего пара в калорифере. Определение численного значения параметра сушки. Построение линии реальной сушки. Объемный расход отработанного воздуха.
контрольная работа [131,8 K], добавлен 07.04.2014Проектирование потока швейного производства на основании решения технологических, технических и организационно-экономических задач. Обоснование выбора модели и материалов. Техническое описание моделей - женского жакета и платья. Расчет и анализ потока.
курсовая работа [936,7 K], добавлен 02.07.2014Обзор результатов численного моделирования напряженно-деформированного состояния поверхности материала в условиях роста питтинга. Анализ контактной выносливости экономно-легированных сталей с поверхностно-упрочненным слоем и инструментальных сталей.
реферат [936,0 K], добавлен 18.01.2016Технологические, технические и организационно-экономические задачи расчета потока швейного производства. Определение наиболее рациональной формы организации потоков и размещение их в цехе. Выбор типа потока, анализ и расчет его технологической схемы.
курсовая работа [519,8 K], добавлен 08.08.2010Метод акустической эмиссии и ее проявления в процессе деформации металлов и сплавов. Влияние концентрации легирующего элемента и скорости деформации на спектральную плотность сигналов. Расчет затрат на электроэнергию и амортизационных отчислений.
дипломная работа [3,5 M], добавлен 04.01.2013
