Геликоидты жылу алмастырғыштағы жылу тасымалдағыш параметрлерін сандық модельдеу

Аңдатпа

Мақала тақырыбында геликоидты жылу алмастырғыштағы жылу алмасу процестерін сандық модельдеуге арналған. Мұнда қарқынды жылу алмастырғыш қолданылады. Бұл коррозияға төзімді материалдан жасалған профильді түтіктердің спираль тәрізді корпусына бекітілген жылу алмастырғыш (бұл мақалада жылытылатын түтікке арналған бір түтік және қыздырғыш салқындатқыштарға арналған бір түтік), олардың қабырғалары арқылы жылыту ортасының ағынынан қыздырылатын түтікке жылу беру жүзеге асырылады. Түтіктердің геликоидты профилі бар. Бұл дизайндағы жылу алмастырғыштардың негізгі айырмашылығы дәл түтіктердің профильді жылу алмасу бетінде жатыр. Жұмыста гибридті тәсіл қолданылады: сандық эксперименттен тұтқырлығы қатты өзгеретін жылу тасымалдағыш (мұнай) ағынының күрделі өтпелі процестеріне тәуелділіктерді алу және жылу алмастырғыш үшін жылу алмасудың тұйықталған математикалық моделін құру. Жұмыста әртүрлі гидродинамикалық параметрлерге байланысты мұнайдың температуралық өрісін есептеу нәтижелері келтірілген. Мұнай динамикасының сандық модельдеуі Ansys Fluent бағдарламалық кешенінде шешілді, онда Рейнольдс бойынша орташа Навье-Стокс стационарлық теңдеулері қолданылды. Сұйықтық ағыны мен жылу беруді сандық модельдеу декарттық координаттары есептеу аймағындағы үздіксіздік, импульс және энергия тасымалдау теңдеулерінің сандық шешімін қамтиды. Негізгі теңдеулерді іріктеу үшін құрылымдалмаған торлардағы шекті көлем әдісі және Coupled әдісі қолданылады. Тұтқыр емес ағындарды іріктеу MUSCL (monotonic Upstream Schemes for Conservation Laws) схемасы арқылы жүзеге асырылады, ал тұтқыр ағындар - дәлдіктің 2-ші ретті орталықтандырылған схемасы. Есептеулерде біркелкі емес тор қолданылады, онда тор жасушаларының қалыңдауы мұнай температурасының градиенті маңызды болатын құбырдың қабырғаларына жақын жерде жасалады. Итерациялық процестің конвергенциясын бақылау үшін қажетті физикалық шамалардың алшақтық деңгейі және масса балансының теңдеуіне сәйкестігі тексеріледі. Тордың сезімталдығын зерттеу әртүрлі ажыратымдылықтағы торларды қолдана отырып, бірдей модельдеуді жүргізуден тұрады және әр торда конвергентті шешімнің қаншалықты өзгеретіні талданады. Қабырғаға жақын тордың ажыратымдылығы y+<1 деңгейінде бекітілген, ал есеп айырысу аймағының қалған бөлігіндегі тор ұяшықтарының саны (инфляциялық қабаттан тыс аймақтың бөлігі) өзгереді. Нәтижеге арналған тордың сезімталдығы құбырдың шығыс бөлігіндегі температураның таралуы бойынша бағаланады. Есептеулер барлық физикалық шамалардың алшақтық деңгейі үш ретке азайған кезде аяқталады, ал есеп айырысу аймағының кіріс және шығыс шекараларындағы жаппай шығындардың сәйкес келмеуі $10^{-3}$ кг/с-тан аз болады.