hrvatski

Razvoj novog tipa lamelnog izmjenjivača topline

U doktorskoj disertaciji definiran je novi igličasti oblik lamele za cijevne izmjenjivače topline plin – tekućina pomoću kojeg se postiže veći koeficijent prijelaza topline. Njime se postiže veći koeficijent prijelaza topline što znači manju potrebnu površinu izmjene topline. To znači i manju masu izmjenjivačkih površina u odnosu na izmjenjivače topline s klasičnim okruglim lamelama. Analiza izmjene topline i pada tlaka napravljena je numerički, a zatim su dobiveni rezultati provjereni eksperimentalno na modelu. Materijal cijevi i lamela je nehrđajući čelik. Za numeričku analizu definiran je matematički i geometrijski model izmjenjivača topline te je odabran programski paket ANSYS FLUENT. Numerička simulacija izvršena je metodom konačnih volumena i u tu svrhu je kreirana i provjerena mreža od prosječno 10 mil. elemenata. Simulacija je provedena za slučaj zagrijavanja zraka koji struji oko cijevi s lamelama igličastog oblika te oko cijevi s lamelama klasičnog kružnog oblika brzinama od 1 m/s do 5 m/s. Pretpostavljena je konstantna temperatura unutarnje stjenke cijevi. Za analizu su odabrana dva modela turbulencije: k- ε Realizable i k-ω SST. Rezultati numeričke simulacije obzirom na izmijenjenu toplinu i pad tlaka za cijevi s okruglim lamelama provjereni su pomoću korelacija dostupnih u literaturi. Zaključeno je da dobro slaganje s literaturom i realnije rezultate daje k-ω SST model turbulencije te je on odabran za daljnju analizu. Rezultati za inovativne lamele su nadalje uspoređeni s rezultatima za okrugle lamele, a pokazuju povećanje iznosa Nu broja oko 13 % uz smanjenje mase izmjenjivačkih površina od 23, 8 %. Provjera valjanosti matematičkog modela, odnosno rezultata dobivenih numeričkom analizom, je provedena eksperimentalno u zračnom tunelu ispitivanjem na stvarnim modelima izmjenjivača topline (jedan s okruglim lamelama i jedan s igličastim lamelama). Ispitivanje je provedeno za različite vrijednosti ulaznih brzina zraka pri temperaturi zraka na ulazu u izmjenjivač topline oko 20 °C. Kao ogrjevni medij je odabrana voda temperature 80 °C. Oba modela su istih dimenzija te su ispitana pod istim uvjetima u laboratoriju što podrazumijeva ispunjenje zahtjeva koji se postavljaju na stacionarnost izmjene topline. Ispitivanje je trajalo najmanje jedan sat, podaci su uzimani svake sekunde, a za statističku obradu podataka je odabran period od 30 minuta u kojem je stacionarno stanje najbolje ostvareno. Za ispitane modele izmjenjivača topline definiran je model izmjene topline te su napravljeni termodinamički proračuni. Rezultati proračuna za provedeno eksperimentalno ispitivanje pokazuju povećanje iznosa Nu broja do 22, 7 % te povećanje izmijenjene topline po jedinici površine do 53, 9 % za 1500>Re>10500. Rezultati za pad tlaka su očekivano veći od dobivenih numeričkom analizom, pogotovo za područje manjih iznosa Re broja gdje su veći i do 44 %. Na kraju su za rezultate dobivene ispitivanjem modela sa igličastim lamelama određene korelacije za Nu i Eu broj.

lamelni izmjenjivač topline ; zvjezdaste lamele ; izmjena topline ; numerička simulacija ; efikasnost lamela ; pad tlaka

nije evidentirano