Analyzing Ways to Improve the Efficiency of the Leontiev Tube

Abstract

Приведены принципы работы устройства газодинамического энергоразделения газа (трубы Леонтьева). Выполнен анализ возможных путей повышения эффективности его работы. Показано, что для газов с числом Прандтля порядка 0,7 увеличение количества переданной теплоты возможно за счет использования: вихревых механизмов интенси-фикации теплообмена и влияния сконденсированной фазы на интенсификацию тепло-обмена. Модернизирована методика расчета данного класса устройств, позволившая учесть влияние сконденсированной фазы на интенсификацию теплообмена. При этом учитывается не только теплота фазовых переходов в процессе конденсации, но и до-полнительное влияние на коэффициент восстановления температуры на стенке сверх-звукового канала слабых скачков уплотнения, вызванных течением сконденсированной фазы. По данным экспериментальных исследований на природном газе выполнена ве-рификация модернизированной методики расчета. В результате численных исследова-ний установлено, что при наличии конденсирующихся компонентов в сверхзвуковом потоке рабочего тела эффективность устройства газодинамического энергоразделения может быть повышена в 1,3-1,7 раза без значительного роста потерь полного давления в сверхзвуковом канале устройства энергоразделения.Ключевые слова: энергоразделение, число Прандтля, коэффициент восстановления температуры, труба Леонтьева, интенсификация теплообмена, природный газ, кон-денсация.The working principles of a gas-dynamic energy separation device known as the Leontiev tube are examined. Possible ways to improve the efficiency of the device are analyzed. It is shown that for gases with the values of the Prandtl number of around 0.7, it is possible to increase the amount of transferred heat by utilizing vortex heat transfer enhancement mechanisms and by using the influence of the condensed phase on the heat-transfer intensification. The existing methods for calculating this class of devices were refined to account for the condensed phase influence on the heat-transfer intensification. The refined methods take into account not only the heat of the phase change during condensation but also the effect of Mach shocks generated by the condensed phase flow on the temperature recovery factor on the wall of the supersonic flow channel. The calculation methods were verified against the experimental results obtained with natural gas. The results of numerical -------* Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант РНФ 14-19-00699).

An Accounting Mechanism of the Protrusion Effect in the Annular Channel When Calculating the Leontiev Tube

“…влияния слабых косых скачков уплотнения (по данным работ [20,21]) на методику расче-та ТЛ представлен в работе [22].…”