ВЕРИФИКАЦИЯ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

О. В. Четверткова, А. В. Миронов, Р. Г. Ризванов, Р. Г. Шарафиев

Аннотация


Теплопередача в кожухотрубчатом, теплообменном аппарате – сложный процесс, зависящий от множества факторов: свойств теплоносителей, геометрических параметров проточной области, качества теплопередающей поверхности.

Выбор оптимального соотношения геометрических параметров для достижения наибольшей энергетической эффективности теплообменного аппарата должен производиться на основании исследования тепло-гидравлических характеристик потоков.

Наиболее эффективным методом исследования процессов гидродинамики и теплопередачи в настоящее время является метод вычислительной гидродинамики, реализованный в программных системах конечно-элементного анализа. Преимуществами вычислительной гидродинамики является высокая скорость расчета, точность и полнота полученных данных, дающая представление о распределении и скорости потоков в аппарате, гидравлическом сопротивлении внутреннего пространства в целом и его отдельных участков.

В статье описана конечно-элементная модель теплообменного аппарата. Модель теплообменного аппарата состоит из трех расчетных областей (трубное пространство, металл труб, межтрубное пространство) и включает взаимодействие между расчетными областями.

Результаты численного моделирования дают полную картину распределения тепло-гидравлических параметров потоков в межтрубном и трубном пространстве. Особый интерес представляет течение в межтрубном пространстве, обладающим более сложной конфигурацией. Моделирование позволило оценить распределение потока теплоносителя, определить качественные и количественные характеристики влияния конструктивных зазоров и размещения перегородок.

Для оценки точности полученных результатов, соответствия расчетной модели реальному теплообменному аппарату, проведена верификация результатов – сравнение с результатами натурного эксперимента. Для этих целей создана экспериментальная установка, позволяющая отслеживать и записывать температуру потоков на входе и выходе из аппарата, измерять давление и расход жидкости на входе в аппарат.

Сравнение результатов численного моделирования и эксперимента показало хорошую сходимость результатов и подтвердило адекватность разработанной конечно-элементной модели.

Ключевые слова


CFD;experiment;finite element simulation;shell-and-tube heat exchanger;verification;верификация;кожухотрубчатый теплообменный аппарат;конечно-элементное моделирование;эксперимент

Полный текст:

PDF

Литература


Аметистов Е.В., Григорьев В.А., Емцов Б.Т. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: справочник / под общей ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. М.: Энергоиздат, 1982. 512 с., ил.

Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982. 472 с.

Четверткова О.В., Ризванов Р.Г. Влияние конструктивных зазоров на интенсивность теплообмена и гидравлическое сопротивление кожухотрубчатого теплообменного аппарата  //  Нефтегазовое дело. 2012. Т. 10. № 3. С. 109-112. URL: http://ngdelo.ru/article/view/1806

Четверткова О.В., Ардаширова Э.А. Зависимость эффективности кожухотрубчатых теплообменных аппаратов от величины зазоров в межтрубном пространстве // 66 Междунар. молодежная науч. конф. «Нефть и газ 2012». М.: РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2012. С. 72.

Моделирование сопряженного теплообмена в трубчатом теплообменнике // «ANSYSAdvantage. Русская редакция» инженерно-технический журнал. 2008. № 7. С. 2-8.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ogbus-2015-3-452-465

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.