Физика \ Методы интенсификации теплообмена

Интенсификация и моделирование теплообмена в энергодвигательных установках аппаратов для пилотируемой экспедиции на Марс, страница 2

Весьма эффективным методом интенсификации теплообмена в каналах применительно к трубчатым ТА является: - метод с использованием витых труб овального профиля . Уже в 1877 году Самсон Фокс предложил волнистые (гофрированные) трубы (рис.1) (патент Великобритании №1097 от 1877 г.) (рис.2). С.Фокс предлагал использовать как кольцевую накатку, так и спиральную накатку на жаровые трубы. Использование подобных жаровых труб позволило уменьшить габариты транспортных котлов за счет повышения эффективности теплообмена и прочности конструкции.

Рис.1. Гофрированная труба для паровых котлов конца XIX века производства Leeds Forge Co., Ltd.[1.1.6]

Рис.2

Патент У.У.Чарльза[1] на витые металлические трубы для котлов (1900 г.)[1.1.7]

Теплообменные аппараты широко применяются в авиационной и космической технике, энергетике, химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности, в холодильной и криогенной технике, в системах отопления и горячего водоснабжения, кондиционирования, в различных тепловых двигателях. Целью работы[1.1.3] являлось:

1.рассмотрение решения осесиметричной задачи расчета двумерных полей скоростей и давления в активной зоне ТВС с радиальным течением теплоносителя;

2.проведение оценки эффективности интенсификации теплообмена путем сравнения критериев подобия, рассчитанных для витых труб и гладких труб, используемых в ТА.

Глава1. Обзор известных исследований

1.1Моделирование тепломассообмена в тепловыделяющей сборке

с шаровыми твелами при продольно- поперечном течении газа в космической ядерной энергетической установке;

Постановка задачи и система уравнений, описывающих

течение в элементах ТВС

Схема активной зоны реактора представлена на (рис.1), где , и DE-вход теплоносителя в раздаточный коллектор и РО- выход теплоносителя из осевого сборного коллектора. Между этими коллекторами лежит пористый слой, состоящий из шаровых твелов ВСMNB. Течение теплоносителя в шаровой засыпке рассматривается как движение гомогенизированной двухфазной среды с неподвижной твердой фазой и с объемными источниками трения

[1.1.2-1.1.3].

Эта среда характеризуется пористостью и эквивалентным диаметром, которые могут изменяться по высоте и радиусу засыпки. Учет особенностей процессов, связанных с обтеканием решеток коллекторов и движением теплоносителя в й пористой шаровой засыпке между ними , осуществляется с помощью эмпирических коэффициентов и соответственно, как это сделано при теплогидравлическом расчете течения газового теплоносителя в пучке витых твелов в работах [1.1.2,1.1.3].

Для решения задачи турбулентного течения с переменной массой в раздаточном и сборном коллекторах используются понятия коэффициентов турбулентной вязкости и турбулентной теплопроводности теплоносителя, а для пористой шаровой засыпки –коэффициенты эффективной вязкости и эффективной теплопроводности [1.1.2,1.1.3]. При этом значения пористости засыпки может изменяться как по ее высоте, так и по ее радиусу. Радиальные скорости теплоносителя на входе в раздаточный коллектор и на выходе из сборного коллектора принимаются равными нулю. Теплофизические свойства теплоносителя считаются зависимыми от температуры и давления, а материалы шаровых твелов- от температуры.

Стационарное течение вязкой сжимаемой жидкости описывается уравнениями движения Новье-Стокса , неразрывности и уравнением состояния. Для расчета температурных полей добавляется уравнение энергии .

При этом полная система уравнений в цилиндрических координатах имеет вид:

, (1)