Розробка та чисельне моделювання теплообмінного обладнання нової конструкції для систем підтримання мікроклімату у пташниках

Анотація

Дана стаття є продовженням вдосконалення систем підтримання мікроклімату у пташниках і ціллю є розробка та чисельне моделювання кожухотрубного теплообмінника нової конструкції, як елемента системи вентиляції. При розробці нових типів конструкцій теплообмінних апаратів важливу роль відіграють такі фактори, як їх масогабаритні характеристики, ефективність теплопереносу через поверхню, що розділяє теплоносії, втрати тиску в трактах для кожного з теплоносіїв та інші параметри, які характеризують теплообмінний апарат. У роботі розглядаються кожухотрубний теплообмінник із кожухом прямокутного перерізу при поперечному обтіканні пучків труб. Геометрія розташування труб з діаметром d=10 мм є своєрідною, що відрізняється від традиційних шахових, коридорних та компактних пучків. Сусідні труби в таких тісних пучках зміщені одна відносно другої на відстань 1 мм. Причому розглянуто три типи конструкції пучка, в яких є зміщення труб у поперечному напрямку по всій довжині трубного пучка на 10 мм, 12 мм і 15 мм. Так як застосоване зміщення цілого ряда на різну відстань, кількість ря-дів трубок змінюється. Кількість трубок в одному ряду, діаметром 10 мм, міститься 102 шт, що складаються із 2 колекторів. Висота труб 1 м. При чисельному розрахунку задач гідродинаміки і тепло- масопереносу використовується метод кінцевих елементів. Побудова сітки проводилося в сіткогенераторі ANSYS Meshing на базі платформи Workbench. При побудові сітки для теплообмінного апарата усіх конструкцій використано локальне управління сіткою. Якість сітки Orthogonal Quality для усіх типів теплообмінників змінювалась і знаходиться в межах від 0,599 до 0,625. Проведено комп’ютерне математичне моделювання процесів тепло- і масопереносу в пучках труб різної геометрії при компактному розміщенні труб з використанням програмного комплексу ANSYS Fluent. В основі математичної моделі лежать рівняння Нав’є-Стокса, рівняння збереження енергії для конвективних течій та рівняння нерозривності. У розрахунках застосовано стандартну k-ε модель турбулентності. Отримано поля швидкостей, температур, тисків у досліджуваних каналах. Проаналізовано умови гідродинамічної течії в каналах та проведено оцінки інтенсивності теплопереносу між гарячим та холодним теплоносієм через стінку, що їх розділяє. Визначено наефективніші поверхні теплообміну та показано перспективність застосування пропонованих конструкцій пучків труб при конструюванні теплообмінників різного призначення.