Разработка и исследование опытных образцов ресурсосберегающего теплоэнергетического теплообменного оборудования

Разработаны математические модели процессов интенсификации теплообмена в пластинчатых теплообменниках с интенсификаторами в форме сферических, цилиндрических, траншейных, поперечных продольных и спиральных выемок и выступов в каналах теплообменного оборудования. Проведены численные исследования процессов гидродинамики и теплообмена в профилированных каналах жидкостных теплообменных аппаратов, определение безразмерных коэффициентов теплоотдачи и коэффициентов трения для различных типов поверхностных интенсификаторов, анализ механизмов возникновения интенсификации теплообмена, выбор рационального типа поверхности интенсификатора для различных видов теплоносителей и режимных параметров жидкостных теплообменников. Разработаны полуэмпирические модели и методы инженерного расчета теплоотдачи и сопротивления в интенсифицированных каналах теплообменных аппаратов с поверхностными интенсификаторами теплообмена на основе теории внутреннего пограничного слоя. Разработаны теплофизические модели обтекания поверхностей и исследование процессов интенсификации конвективного теплообмена в кожухотрубчатых теплообменных аппаратах с поверхностными интенсификаторами. Разработана математическая модель физико-химических процессов, протекающих в водном теплоносителе и пакет прикладных программ. Проведены патентные исследования тематике проекта.

Разработаны и изготовлены модельные образцы интенсифицированных пластинчатых и кожухотрубчатых теплообменников. Проведены экспериментальные исследования по изучению гидродинамических и теплоотдающих свойств до 10 вариантов дискретных шероховатостей с изменением глубины, диаметра и шага. Осуществлена визуализация течения теплоносителя в окрестности дискретной шероховатости. Получены теплогидродинамические характеристики (зависимости коэффициентов сопротивления и теплоотдачи от числа Рейнольдса) исследованных теплообменных поверхностей. Проведен анализ полученных данных с целью определения оптимальных геометрических параметров дискретной шероховатости для различных жидких сред. Проведены термоанемометрические исследования режимов течения и теплообмена при вынужденной конвекции теплоносителя в каналах с поверхностными интенсификаторами в виде периодически расположенных сферических, цилиндрических и траншейных выемок и выступов, имеющих различные геометрические характеристики; изучение структуры течения (поля скоростей, температур и др.) во внутренних пограничных слоях на дне выемки и в полосе гладкой стенки за выемкой.

Разработаны и изготовлены модельные образцы высокоэффективных пластинчатых и кожухотрубчатых теплообменников. Проведены экспериментальные исследования режимов течения и теплообмена при вынужденной конвекции теплоносителя в кожухотрубчатых и пластинчатых теплообменниках с поперечной дискретной шероховатостью, имеющих различные геометрические характеристики, а также режимов течения адиабатного газожидкостного потока в каналах с непрерывной закруткой в широком диапазоне чисел Рейнольдса. Построены карты режимов течения. Разработаны методы и экспериментальное исследование микроструктуры (скоростей и температур фаз, распределения их в канале, газосодержания и т.д.) двухфазных течений в каналах, гидродинамики и теплообмена в относительно коротких трубах со вставленной скрученной лентой, в трубах со сплошной равномерной шероховатостью (в виде нарезки метрической резьбы) и вставленной скрученной лентой, а также кипения воды в кольцевых каналах с проволочной навивкой на центральное тело.