CFD –Simulation of Heat Aerodynamic Characteristics of the Surface of Helical Tubes

Abstract

Засобами CFD-моделювання досліджений конвективний теплообмін та аеродинамічний опір шахових пучків гвинтоподібних труб з рівнорозвиненою поверхнею в діапазоні зміни чисел Рейнольдса від 9,5•10 3 до 45•10 3. Вивчені моделі пучків з відношеннями кроків між трубами s 1 /s 2 = 0,46, 0,92 і 1,83. Пучки формувались з трьох досліджених типів однозахідних гвинтоподібних труб, які відрізнялися кроком гвинтової лінії-t = 8, 12 i 20 мм. Зовнішній діаметр D = 16 мм, глибина виступів-впадин h = 2,5 мм і загальна довжина l = 428 мм досліджених труб не змінювались. Запропоновані залежності для розрахунку конвективних коефіцієнтів тепловіддачі і аеродинамічного опору шахових пучків гвинтоподібних труб. Приведений теплоаеродинамічний розрахунок повітронагрівачарегенератора. Ключові слова: гвинтоподібна труба, шаховий пучок, теплообмін, аеродинамічний опір, узагальнююча залежність. В. А. РОГАЧОВ, А. М. ТЕРЕХ, А. В. БАРАНЮК CFD-МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА Средствами CFD-моделирования исследованы конвективный теплообмен и аэродинамическое сопротивление шахматных пучков винтообразных труб с равноразвитой поверхностью в диапазоне изменения чисел Рейнольдса от 9,5•10 3 до 45•10 3. Изучены модели пучков с соотношением шагов между трубами s 1 /s 2 = 0,46, 0,92 і 1,83. Пучки формировались из трех исследованных типов однозаходных винтообразных труб, которые отличались шагом винтовой линии-t = 8, 12 i 20 мм. Внешний диаметр D = 16 мм, глубина выступов-впадин h = 2,5 мм и общая длина l = 428 мм исследованных труб не изменялась. Предложены зависимости для расчета конвективных коэффициентов теплооодачи и аэродинамического сопротивления шахматных пучков винтообразных труб. Приведен результат теплоаэродинамического расчета воздухонагревателя-регенератора. Ключевые слова: винтообразная труба, шахматный пучёк, теплообмен, аэродинамическое сопротивление, обобщающая зависимость. V. ROGACHOV, A. TEREKH, A. BARANYUK CFD-SIMULATION OF HEAT AERODYNAMIC CHARACTERISTICS OF THE SURFACE OF HELICAL TUBES Using CFD-simulation tools we studied the convection heat exchange and the aerodynamic characteristics of the staggered bundles of helical tubes with the isotomous surface exposed to the external air flow stream in the range of Reynolds numbers of 9,5•10 3 to 45•10 3. Bundle models with the relation of pitches between the tubes of s 1 /s 2 = 0.46, 0.92 and 1.83 have been studied. The bundles were formed of three studied types of single-thread helical tubes with the helical line pitch of t = 8, 12 and 20 mm. The outer tube diameter of D = 16 mm, the projectioncavity depth of h = 2,5 mm and the total length of l = 428 mm of test tubes were unvaried. CFD-simulation of the stream and heat exchange is based on the construction of the geometric model of calculated area and its discretization according to the conception of influence of the network parameters of finite elements on the stability and convergence of the solution and the specification of boundary conditions. The calculated area is covered with th...