Методика расчета теплообменного аппарата с пористыми вставками на основе полученного критериального уравнения

Abstract

Теплообменное оборудование применяется в различных отраслях промышленности, вопросы повышения эффективности его работы являются актуальными. Пористые металлы хорошо зарекомендовали себя при использовании в теплообменных системах газотурбинных и ракетных двигателей, системах лазерных зеркал, ядерных реакторах и других подобных системах для повышения эффективности теплообмена. Использование пористых структур эффективно благодаря значительному увеличению площади теплообмена. В представленной работе приводятся результаты экспериментально-теоретических исследований эффективности использования пористых вставок из алюминия в конструкции кожухотрубного теплообменного аппарата. Экспериментально показана эффективность использования в конструкции кожухотрубного теплообменного аппарата пористых вставок из алюминия. Получено уравнение подобия для расчета критерия Нуссельта, позволяющего найти коэффициент теплоотдачи для теплоносителя, протекающего по пористым вставкам в межтрубном пространстве теплообменного аппарата. Для вычисления площади теплообмена со стороны теплоносителя, протекающего по порам, использована кластерная модель. Показано соответствие полученной расчетной формулы критерия Нуссельта с результатами проведенной экспериментальной работы. Предложена методика проведения теплового расчета теплообменного аппарата с пористыми вставками из алюминия с использованием кластерной модели и полученного критериального уравнения для вычисления коэффициента теплоотдачи. Сделан вывод о целесообразности использования пористых металлов в теплообменных конструкциях.

The issues of improving the efficiency of heat exchange equipment are relevant. Heat exchange equipment is used in various industries. Porous metals have proven themselves well when used in heat exchange systems of gas turbine and rocket engines, laser mirror systems, nuclear reactors and other similar systems to increase the efficiency of heat exchange. The use of porous structures is effective due to a significant increase in the heat exchange area. The paper presents the results of experimental and theoretical studies of the efficiency of using porous aluminum inserts in the construction of a shell-and-tube heat exchanger. The efficiency of using porous aluminum inserts in the construction of a shell-andtube heat exchanger has been experimentally shown. A similarity equation is obtained for calculating the Nusselt criterion, which makes it possible to find the heat transfer coefficient, and as a consequence, heat transfer for the coolant flowing through porous inserts in the inter-tube space of the heat exchanger. A cluster model was used to calculate the heat exchange area from the side of the coolant flowing through the pairs. The correspondence of the obtained calculation formula with the results of the experimental work is shown. A method of thermal calculation of a heat exchanger with porous aluminum inserts using a cluster model and the obtained criterion equation for calculating the heat transfer coefficient is proposed. The conclusion is made about the expediency of using porous metals in heat exchange structures.