Разработка и численное моделирование теплообменного оборудования новой конструкции для систем поддержания микроклимата в птичниках
Аннотация
Данная статья является продолжением совершенствования систем поддержания микроклимата в птичниках и целью является разработка и численное моделирование кожухотрубного теплообменника новой конструкции, как элемента системы вентиляции. При разработке новых типов конструкций теплообменных аппаратов важную роль играют такие факторы, как их массогабаритные характеристики, эффективность теплопереноса через поверхность, разделяющую теплоносители, потери давления в трактах для каждого из теплоносителей и другие параметры, которые характеризуют теплообменный аппарат. В работе рассматриваются кожухотрубный теплообменник с кожухом прямоугольного сечения при поперечном обтекании пучков труб. Геометрия расположения труб с диаметром d = 10 мм является своеобразной, отличающийся от традиционных шахматных, коридорных и компактных пучков. Соседние трубы в таких тесных пучках смещены одна относительно другой на расстояние 1 мм. Причем рассмотрены три типа конструкции пучка, в которых смещение труб в поперечном направлении по всей длине трубного пучка на 10 мм, 12 мм и 15 мм. Так как применено смещение целого ряда на разное расстояние, количество рядов трубок меняется. Количество трубок в одном ряду, диаметром 10 мм, содержит 102 шт, состоящие из 2 коллекторов. Высота труб 1 м. При численном расчете задач гидродинамики и тепло- массопереноса используется метод конечных элементов. Построение сетки проводилось в сеткогенераторе ANSYS Meshing на базе платформы Workbench. При построении сетки для теплообменного аппарата всех конструкций использовано локальное управление сеткой. Качество сетки Orthogonal Quality для всех типов теплообменников изменений и находится в пределах от 0,599 до 0,625. Проведено компьютерное математическое моделирование процессов тепло- и массопереноса в пучках труб различной геометрии при компактном размещении труб с использованием программного комплекса ANSYS Fluent. В основе математической модели лежат уравнения Навье-Стокса, уравнения сохранения энергии для конвективных течений и уравнение неразрывности. В расчетах применено стандартную k-ε модель турбулентности. Получены поля скоростей, температур, давлений в исследуемых каналах. Проанализированы условия гидродинамического течения в каналах и проведено оценки интенсивности теплопереноса между горячим и холодным теплоносителем через стенку, разделяющую их. Определены болей ефективные поверхности теплообмена и показана перспективность применения предлагаемых конструкций пучков труб при конструировании теплообменников различного назначения.
