7 / 11
Интенсификация теплообмена в аппаратах холодильных и криогенных установок
Инженерный журнал: наука и инновации
# 5·2017 7
В разделе Setup были заданы следующие граничные условия и
расчетные уравнения: выбран последовательный процесс расчета по
конечно-разностному методу; для течения воздуха — модель
K-epsilon, так как она наилучшим образом описывает течение и теп-
лообмен газов при комнатных температурах; в качестве газа внутри
трубы выбран воздух; материал труб — медь.
Рис. 2.
Сеточная геометрия трубы:
b
,
с
— размеры ячейки; 3,67
⋅
10
2
мм — минимальный размер
ячейки; 7,34 мм — максимальный размер ячейки;
n
эл
— количество элементов в сетке, 79 300 шт.
Граничные условия
:
Вход ………………………….……... Газ — воздух
Скорость потока на входе
V
, м/с ……. 15
Температура воздуха на входе
T
в
, K … 313
Давление воздуха на входе
P
в
, Па …… 100 000
Температура стенки
T
ст
, K …………… 300
Для решения задачи была использована схема решения SIMPLE
с гибридной инициализацией, решение получено в модуле Solution.
На рис. 3 представлена зависимость температуры от расстояния по
оси трубы, за начало отсчета принято сечение входа в трубу.
График зависимости коэффициента теплопередачи и гидравличе-
ских потерь от эквивалентного диаметра представлен на рис. 4.
В ANSYS 14 Fluent (учебная версия) получены следующие значения
коэффициента теплопередачи:
2
0
63, 4Вт/м K
k
=
⋅
— для трубы без
оребрения;
2
4
78, 6Вт/м K
k
=
⋅
— для трубы со вставкой стержня в виде
четырехконечной звезды. Гидравлические потери следующие:
0
73Па
p
∆ =
— для трубы без оребрения;
4
183 Па
p
∆ =
— для трубы
со вставкой стержня в виде четырехконечной звезды.