Investigación numérica en el rendimiento sintético de transferencia de calor del intercambiador de calor de haz de tubos elástico

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2. Modelo físico

La geometría-lado de la carcasa de intercambiador de calor de haz de tubos elástica plana se muestra en la Fig. 1 . El medio de intercambio de calor entra lado de la carcasa de la entrada inferior y salidas de la salida superior. El intercambio de calor se produce cuando el medio de flujo transversal del haz de tubos elástica plana. Seis filas de haz tubular elástica plana son disposición vertical en el lado de la carcasa. Como se muestra en la Fig. 1 (b), planar haz de tubos elástico se monta con cuatro tubos curvados y dos bloques de masa, una gran masa de bloque y una pequeña masa-bloque. El tubo 1 a 4 se representa de interior a exterior. Los cambios en los parámetros geométricos son tubo de lanzamiento δ y tubo de separación de filas de H R . Paso del tubo varía de 20 mm a 30 mm y tubo-espaciamiento entre hileras varía de 50 mm a 70 mm. En el presente estudio, los principales parámetros de la geometría específicas del intercambiador de calor se muestran en la Tabla 1 .

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3. enfoque matemático

La transferencia de calor y el flujo de fluido se analizaron utilizando el código de la dinámica de fluidos computacional comercial (ANSYS CFX). Por lo tanto, la simulación numérica se llevó a cabo en las siguientes suposiciones. El flujo de calor y transferencia de fluidos dentro del lado de la carcasa se ha desarrollado plenamente. El parámetro de propiedades térmicas de líquido se mantuvo constante.

3.1. ecuaciones de conservación

Esta sección proporciona las ecuaciones básicas que deben ser resueltos para describir el campo de velocidades y la distribución de la temperatura en el lado de la carcasa. Las ecuaciones de conservación se formulan en el sistema de coordenadas cartesiano, porque el sistema cartesiano se utiliza en ANSYS CFX. De acuerdo con el número de Reynolds en-lado de la carcasa, el flujo de fluido se supone que laminar e incompresible. Por lo tanto, las ecuaciones que rigen componen de continuidad, el impulso y ecuación de la energía para el dominio fluido-lado de la carcasa presenta a continuación,

Ecuación de continuidad:

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3.2. Las condiciones de contorno y sistema de cuadrícula

Un código de comercio finitos Método de volumen (FVM), basado, ANSYS CFX, se utilizó para analizar la transferencia de calor en el lado de la carcasa en tres dimensiones. El dominio de fluido se divide en tres partes, debido a la complejidad de la estructura de lado de la carcasa como se muestra en la Fig. 1 , incluyendo la sección de salida, la sección del lado del escudo intermedio y sección de entrada. Sección de salida y del lado del escudo intermedio se discretized por el método de la rejilla estructurado con generador de rejilla ICEM CFD, ya que tal método puede ser el ahorro de tiempo y la memoria. Debido a la naturaleza altamente irregular del volumen de líquido sección de entrada, se discretizada por el método de la rejilla no estructurada. Después de discretización de la red, estas tres partes se conectan mediante la interfaz 1 y 2 de interfaz como se muestra en la Fig. 2 (a). Con el fin de capturar el detalle en el flujo de fluido y transferencia de calor, las capas límite se construyeron alrededor del tubo como se muestra en la Fig. 2 (b). Por lo tanto, la primera separación de 0,0001 m y la relación de crecimiento 1.2 se definieron en la fijación de la capa límite. La prueba de independencia de malla se llevó a cabo en la Sección 3.4.2 .

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Como se muestra en la Fig. 2 , el límite de entrada se fijó a una condición límite de velocidad de entrada con temperatura constante. La salida se establece en una condición de frontera de presión con 0 (manométrica) con el fin de obtener la caída de presión relativa entre la entrada y la salida. La pared del tubo se establece en el límite no deslizante con temperatura constante. La pared del lado de la carcasa se ​​establece en la superficie aislada. La Tabla 2 presenta los detalles de las condiciones de contorno utilizadas en este trabajo.

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3.3. Reducción de datos

En el presente estudio, la diferencia de temperatura media logarítmica, coeficiente de transferencia de calor promedio, la caída de presión, número de Reynolds y el número de Nusselt promedio se pueden calcular utilizando las siguientes ecuaciones,

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3.4. Modelo de validación

3.4.1. la validación del código numérico

Es esencial para evaluar la fiabilidad de la código computacional. Debido a que no hay datos iniciales relacionados con la transferencia de calor del intercambiador de calor de haz de tubos elástica plana. Una simulación de la cáscara y el intercambiador de calor de tubos helicoidalmente en espiral se llevó a cabo para validar el código numérico mediante la comparación con la correlación empírica construido en la literatura [15] .

En la validación, el modelo laminar se selecciona de acuerdo con el número de Reynolds calculado por velocidad media en-lado de la carcasa. La comparación de los resultados numéricos con correlación empírica se muestra en la Fig. 3 . Se indica claramente que hay un ligero error entre los resultados numéricos y correlación empírica. Los resultados numéricos de acuerdo con la correlación empírica dentro de un 1,58%. El error máximo es de 2,87% a Re = 1355. Estas comparaciones dan una buena confianza en la precisión de los resultados numéricos. Por lo tanto, el código de cálculo es capaz de predecir satisfactoriamente la transferencia de calor y flujo de fluido en el lado de la carcasa de intercambiador de calor de haz de tubos elástica plana.

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En consecuencia, para la velocidad de entrada 0.017-0.084 m / s, se adoptó el software ANSYS CFX para simular la transferencia de calor por convección laminar en el lado de la carcasa mediante el modelo laminar. El esquema de alta resolución fue seleccionado para calcular los términos de convección en las ecuaciones de volúmenes finitos discretos. El esquema de Euler hacia atrás Segunda Orden fue utilizada para la discretización de las ecuaciones momento y energía. Para los criterios de convergencia, el tipo de