Разработка технологических моделей интенсифицированных жидкостных теплообменников

1. Представлен обзор настоящего состояния теории и аналитических решений по интенсификации турбулентного теплообмена с внешним воздействием на поток различной природы (изменения рельефа поверхности теплообмена, пульсации расхода, акустическое воздействие и др.).
2. Разработана физико-математическая модель теплообмена для турбулентного течении жидкости с различными видами воздействий на вязкий подслой и ядро жидкости. Модель представляет собой систему уравнений турбулентного переноса с источниковыми членами, конкретный вид которых будет уточняться при сопоставлении экспериментальных и расчетных данных; будут сопоставлены модели турбулентности из известных в настоящее время (k-, k-, напряжений Рейнольдса и др.), в которых будет учтено влияние поверхностных турбулизаторов и вибрационных воздействий на гидродинамику и теплообмен для начального участка и развитого режима течения.
3. На данной стадии исследований, выбрана к- модель турбулентности. На модельном примере численного расчета, модель сопоставлена с известными критериальными зависимостями. Получено удовлетворительное соответствие (расчет и эмпирические данные по тепловой нагрузке реального аппарата расходятся, примерно, на 11 %), что указывает на возможность использования принятого подхода к анализу получаемых далее экспериментальных данных.
4. Представлены данные о режимах работы (начальные и граничные условия для задачи физико-математического описания) промышленных теплоэнергетических аппаратов.
5. На основании проведенного обзора исследований показано, что среди возможных типов рельефных турбулизаторов, наиболее предпочтительными по критерию (Nu/Nu0)/(ξ/ξ0) являются кольцевые пережатия, нанесенные на поверхности труб, а также углубления в виде лунок.
6. По материалам обзора установлено, что одновременное влияние вибродинамического воздействия и применение турбулизаторов на теплообмен и трение теоретически и экспериментально на настоящий момент не исследовалось, а влияние пульсаций расхода на теплоотдачу и сопротивление проявляется лишь при колебаниях с относительно высокими амплитудами (при турбулентном режиме течения теплообмен увеличивается в 1,7 раз по сравнению со стационарном случаем
7. Установлено, что наличие турбулизаторов в 3-5 раз снижает солеотложения на обеих поверхностях труб, причем зависимость термического сопротивления слоя солеотложений (Rф) от времени имеет асимптотический характер и через 100-150 ч значение Rф становится постоянным.
8. Определены задачи дальнейшего экспериментального изучения интенсификации процессов теплообмена.

1. Представлен обзор настоящего состояния теории и аналитических решений по интенсификации турбулентного теплообмена с внешним воздействием на поток различной природы (изменения рельефа поверхности теплообмена, пульсации расхода, акустическое воздействие и др.).
2. Разработана физико-математическая модель теплообмена для турбулентного течении жидкости с различными видами воздействий на вязкий подслой и ядро жидкости. Модель представляет собой систему уравнений турбулентного переноса с источниковыми членами, конкретный вид которых будет уточняться при сопоставлении экспериментальных и расчетных данных; будут сопоставлены модели турбулентности из известных в настоящее время (k-, k-, напряжений Рейнольдса и др.), в которых будет учтено влияние поверхностных турбулизаторов и вибрационных воздействий на гидродинамику и теплообмен для начального участка и развитого режима течения.
3. На данной стадии исследований, выбрана к- модель турбулентности. На модельном примере численного расчета, модель сопоставлена с известными критериальными зависимостями. Получено удовлетворительное соответствие (расчет и эмпирические данные по тепловой нагрузке реального аппарата расходятся, примерно, на 11 %), что указывает на возможность использования принятого подхода к анализу получаемых далее экспериментальных данных.
4. Представлены данные о режимах работы (начальные и граничные условия для задачи физико-математического описания) промышленных теплоэнергетических аппаратов.
5. На основании проведенного обзора исследований показано, что среди возможных типов рельефных турбулизаторов, наиболее предпочтительными по критерию (Nu/Nu0)/(ξ/ξ0) являются кольцевые пережатия, нанесенные на поверхности труб, а также углубления в виде лунок.
6. По материалам обзора установлено, что одновременное влияние вибродинамического воздействия и применение турбулизаторов на теплообмен и трение теоретически и экспериментально на настоящий момент не исследовалось, а влияние пульсаций расхода на теплоотдачу и сопротивление проявляется лишь при колебаниях с относительно высокими амплитудами (при турбулентном режиме течения теплообмен увеличивается в 1,7 раз по сравнению со стационарном случаем
7. Установлено, что наличие турбулизаторов в 3-5 раз снижает солеотложения на обеих поверхностях труб, причем зависимость термического сопротивления слоя солеотложений (Rф) от времени имеет асимптотический характер и через 100-150 ч значение Rф становится постоянным.
8. Определены задачи дальнейшего экспериментального изучения интенсификации процессов теплообмена.

Разработана конструкторская документация на исследуемые теплообменники, изготовлен стенд для лабораторных испытаний элементов жидкостных трубчатых теплообменных аппаратов с интенсифицированной поверхностью теплообмена.
Проведены экспериментальные исследования, позволившие определить безразмерные коэффициенты теплопередачи и коэффициенты трения на трубках с различными видами турбулизаторов потока

Создан опытный образец теплообменника нового поколения на основе разработанного технического задания.
Выполнена разработка инвестиционного проекта по промышленному освоению массового производства теплообменников нового поколения с расчетом основных параметров проекта: периода окупаемости и инвестиционных средств с учетом дисконтирования, чистого дисконтированного дохода (NPV), внутренней нормы рентабельности (IRR) и др.