Исследование возможностей увеличения теплоотдачи в теплообменных устройствах перспективных энергоустановок, использующих эффект газодинамической стратификацииНИР

Research of possibilities to increase heat transfer in heat exchangers of perspective power plants, using effect of gas dynamics stratification

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 20 марта 2017 г.-31 декабря 2017 г. Исследование возможностей увеличения теплоотдачи в теплообменных устройствах перспективных энергоустановок, использующих эффект газодинамической стратификации
Результаты этапа: Выполнена разработка математических моделей, алгоритмов и программ расчета процессов теплообмена в каналах и пограничных слоях на непроницаемой и проницаемой поверхностях при наличии положительного градиента давления для газовых смесей с малым и большим числом Прандтля. Проведены тестовые расчеты пограничного слоя на непроницаемой и проницаемой стенке для теплоносителей в широком диапазоне значений молекулярного числа Прандтля. Получены зависимости коэффициента аналогии Рейнольдса от числа Прандтля, интенсивности вдува (отсоса) газа через проницаемую стенку и параметра ускорения (торможения) набегающего потока. Полученные результаты расчетов согласуются с имеющимися экспериментальными. Проведенное сравнение результатов расчета течения в трубе при вдуве газа с известными экспериментальными данными в широком диапазоне числа Рейнольдса и интенсивности вдува показало их удовлетворительное согласование. Проведенное численное исследование течения и теплообмена в плоских конических каналах с различной степенью расширения для ряда чисел Рейнольдса и Прандтля показало, что для течения в диффузоре при всех рассмотренных изменениях угла раскрытия диффузора и чисел Рейнольдса и Прандтля основные характеристики теплообмена – число Нуссельта и коэффициент аналогии Рейнольдса – оказываются значительно выше, чем в канале постоянного сечения при том же числе Рейнольдса. Оно показало, что интенсификация теплообмена в диффузоре достигается без роста коэффициента трения, что характеризует принципиальное отличие рассмотренного способа интенсификации теплообмена от других известных способов, где увеличение теплоотдачи (числа Нуссельта) достигается ценой значительного роста гидравлических потерь. Эти результаты и методы расчета являются новыми и оригинальными и ранее не были известны.
2 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Исследование возможностей увеличения теплоотдачи в теплообменных устройствах перспективных энергоустановок, использующих эффект газодинамической стратификации
Результаты этапа: С использованием трехпараметрической дифференциальной модели турбулентности, дополненной уравнением переноса для турбулентного потока тепла, проведено численное исследование течения и теплообмена в плоских безотрывных диффузорах с различной степенью расширения для ряда чисел Рейнольдса и Прандтля. Сравнение характеристик течения и теплообмена проводилось с соответствующими характеристиками для течения в канале постоянного сечения при одинаковом числе Рейнольдса. Показано, что для течения в диффузоре при всех рассмотренных изменениях угла раскрытия диффузора и чисел Рейнольдса и Прандтля основные характеристики теплообмена – число Нуссельта и фактор аналогии Рейнольдса – оказываются значительно выше, чем в канале постоянного сечения при том же числе Рейнольдса. Это превышение слабо зависит от числа Рейнольдса, но возрастает с увеличением угла раскрытия диффузора и при использовании газового теплоносителя с малым числом Прандтля. При этом средний по длине диффузора коэффициент трения во всех рассмотренных случаях практически не изменяется. Установлено, что перестройка течения и появляющийся в диффузоре положительный градиент давления приводят к росту турбулизации течения. Подтверждением этого являются изменение энергии турбулентности, которая существенно возрастает в диффузоре, что приводит к интенсификации теплообмена. Проведенное численное исследование показало, что интенсификация теплообмена в диффузоре достигается практически без роста коэффициента трения, что характеризует принципиальное отличие рассмотренного способа интенсификации теплообмена от других известных способов, где увеличение теплоотдачи (числа Нуссельта) достигается ценой значительного роста гидравлических потерь.
3 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Исследование возможностей увеличения теплоотдачи в теплообменных устройствах перспективных энергоустановок, использующих эффект газодинамической стратификации
Результаты этапа: Рассмотрена возможность интенсификации теплообмена в круглом и плоском безотрывных диффузорах с малыми углами раскрытия. Численное моделирование теплообмена проведено с использованием трехпараметрической дифференциальной модели турбулентности, дополненной уравнением переноса для турбулентного потока тепла. Показано, что при одинаковом угле раскрытия в круглом диффузоре число Нуссельта существенно выше, чем в плоском диффузоре и это превышение возрастает с увеличением угла раскрытия. Однако фактор аналогии Рейнольдса для круглого диффузора при этом ненамного выше, чем для плоского. Исследовано влияние числа Рейнольдса, длины диффузора и числа Прандтля теплоносителя. Показано, что максимальный эффект интенсификации теплообмена достигается для газов с малым числом Прандтля и слабо зависит от числа Рейнольдса и длины диффузора.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".