ВИБІР ПАРАМЕТРІВ СКРУЧЕНИХ СТРІЧОК ДЛЯ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ТЕПЛОПЕРЕНЕСЕННЯ В КАНАЛАХ СИСТЕМИ ОХОЛОДЖЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОГО ОБЛАДНАННЯ

Автор(и)

  • Олександр Олексійович Алексахін Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-2253-8501
  • Олексій Вікторович Панчук Український державний університет залізничного транспорту, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-0852-1543
  • Євген Євгенович Счастний Український державний університет залізничного транспорту, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-1607-2426
  • Олег Вадимович Василенко Український державний університет залізничного транспорту, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-6770-0955

DOI:

https://doi.org/10.18664/1994-7852.206.2023.296700

Ключові слова:

конвективний теплообмін, коефіцієнт тепловіддачі, система охолодження, тягові електродвигуни, спіральні стрічки

Анотація

У роботі наведено результати аналізу ефективності процесів тепловідведення в каналах системи охолодження енергетичного обладнання. Розглянуто процеси теплоперенесення у вентиляційних каналах системи охолодження тягових електродвигунів силових установок тепловозів. Проведено аналіз доцільності застосування штучної інтенсифікації процесів теплообміну в каналах за допомогою спіральних стрічок. Інтенсифікатори конвективного теплообміну такого типу характеризуються суттєвим збільшенням коефіцієнтів теплообміну, простотою виготовлення, невеликою матеріалоємністю. Такі пристрої можна використовувати і при проєктуванні нових агрегатів, і при модернізації наявного теплообмінного обладнання. Ефективність інтенсифікації процесів теплоперенесення оцінено за рівнем зниження потужності вентиляторів системи охолодження. Оцінювання проведено за умови забезпечення однакових коефіцієнтів тепловіддачі в каналах зі вставками у вигляді спіральних стрічок і каналах без вставок. Довжини спіральних стрічок і каналу однакові. Ефект оребрення поверхні каналу вставками не враховувався. При обчисленні коефіцієнтів конвективного теплообміну і гідравлічного опору використано відомі критеріальні рівняння. Показано, що, незважаючи на зростання коефіцієнтів гідравлічного опору і втрат тиску в каналах повітряної системи охолодження, використання спіральних стрічок завдяки помітному зменшенню швидкості, а отже, і витрат охолоджувального повітря сприяє зменшенню потужності вентиляторів у широкому діапазоні геометричних параметрів спіральних стрічок при забезпеченні необхідних температур елементів обладнання. Оцінено вплив температури стінок каналу системи охолодження на необхідну потужність вентиляторів при застосуванні штучних інтенсифікаторів процесу теплообміну у вигляді спіральних стрічок. Запропоновано рекомендації щодо вибору геометричних характеристик спіральних стрічок, при яких з урахуванням значень температури стінок каналу слід очікувати зменшення потужності вентиляторів системи охолодження.

Біографії авторів

Олександр Олексійович Алексахін, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

кандидат технічних наук, доцент кафедри фізики нетрадиційних енерготехнологій та екології

Олексій Вікторович Панчук, Український державний університет залізничного транспорту

старший викладач кафедри теплотехніки, теплових двигунів та енергетичного менеджменту

Євген Євгенович Счастний, Український державний університет залізничного транспорту

кандидат технічних наук, доцент кафедри теплотехніки, теплових двигунів та енергетичного менеджменту

Олег Вадимович Василенко, Український державний університет залізничного транспорту

кандидат технічних наук, доцент кафедри теплотехніки, теплових двигунів та енергетичного менеджменту

Посилання

Behfard M. & Sohankar A. Numerical investigation for finding the appropriate design parameters of a fin-and-tube heat exchanger with delta-winglet vortex generators. Heat and Mass Transfer. 2016. Vol. 52. Р. 21–37. URL: https://doi.org/10.1007/s00231-015-1705-1.

Pratap Kumar Rout, Sujoy Kumar Saha. Laminar Flow Heat Transfer and Pressure Drop in a Circular Tube Having Wire-Coil and Helical Screw-Tape Inserts. J. Heat Transfer. 2013, 02. Vol. 135. Is. 2. 8 p. URL: https://doi.org/10.1115/1.4007415.

Liang G., Islam M. D., Kharoua N., Simmons R. Numerical study of heat transfer and flow behavior in a circular tube fitted with varying arrays of winglet vortex generators. International Journal of Thermal Sciences. 2018. Vol. 134. P. 54-65. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2018.08.004.

Галущак І. В. Підвищення ефективності конвективних поверхонь нагріву котельних агрегатів в системах теплогазопостачання: автореф. дис. … канд. техн. наук. Харків, 2016. 20 с.

Mohsen Sheikholeslami, Mofid Gorji-Bandpy, Davood Domiri Ganji. Review of heat transfer enhancement methods: Focus on passive methods using swirl flow devices. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. Vol. 49. P. 444-469. URL: https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.04.113.

Павловський В. Г. Особливості гідродинаміки і теплообміну в некруглих каналах: монографія. Харків: НТУ «ХПІ», 2006. 104 с.

Sagnik Pal, Sujoy Kumar Saha. Laminar fluid flow and heat transfer through a circular tube having spiral ribs and twisted tapes. Experimental Thermal and Fluid Science. 2015, 01. Vol. 60. P. 173-181. URL: https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2014.09.005.

Nanan K., Yongsiri K., Wongcharee K., Thianpong C., Eiamsa-ard S. Heat transfer enhancement by helically twisted tapes inducing co- and counter-swirl flows. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2013, 08. Vol. 46. P. 67-73. URL: https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2013.05.015.

Aleksahin O., Panchuk O., Pogoreliy V. Intensification of heat exchange with the help of a flow. Theses of international scientific conference «Globalization of scientific and educational shace. Innovations of transport. Problems, experience, prospects». Dresden – Paris, 2017. Р. 152-153.

Aleksahin A., Panchuk A. V., Parkhomenko L. A., Bilovol H. V. Heat transfer in the Ducts of the Cooling Systems of Traction Motors. Internanional Journal of Engineering & Technology. 2018, 7 (4/3). Р. 315–319. URL: https://doi.org/10.14419/ijet.v7i4.3.19824.

Prashant W. Deshmukh, Rajendra P. Vedula. Heat transfer and friction factor characteristics of turbulent flow through a circular tube fitted with vortex generator inserts. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014, 12. Vol. 79. P. 551-560. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.08.042.

Pengxiao Li, Zhichun Liu, Wei Liu, Gang Chen. Numerical study on heat transfer enhancement characteristics of tube inserted with centrally hollow narrow twisted tapes. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015, 09. Vol. 88. P. 481-491. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.04.103.

Лабай В. Й. Приклади і задачі з курсу тепломасообміну: навч. посіб. Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2017. 228 с.

Омельченко О. В., Цвіркун Л. О. Тепломасообмін: навч. посіб. Кривий Ріг: ДонНУЕТ, 2021. 100 с.

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-11