Розробка і дослідження рівнорозвинених теплообмінних поверхонь для регенераторів теплоти ГТУ газотранспортної системи України

1. Номер державної реєстрації - № 0110U001319
2. Науковий керівник: ПИСЬМЕННИЙ Євген Миколайович, Заслужений діяч науки і техніки України, д.т.н, професор, зав. кафедрою АЕС та ІТФ, декан ТЕФ,
3. Суть розробки, основні результати:

Опрацьовування і аналіз існуючої інформації дозволили розробити конструкцію нової сталевої рівнорозвиненої труби гвинтоподібного типу| |із| для використання в якості теплообмінної поверхні повітронагрівачів-регенераторів ГТУ газоперекачуючих агрегатів, які застосовуються на компресорних станціях газотранспортної системи України. Така поверхня має декілька суттєвих переваг: виготовлення на основі дешевої технології – роликове обкочування круглої труби з використанням сипучого середовища або рідини для протитиску всередині труби. Запропонована технологія та оснащення для профілювання гвинтоподібних труб з рівнорозвиненою поверхнею дозволяє виготовити такі труби довжиною до 6 м. Поверхні з таких труб мають покращену теплову ефективність в порівнянні з поверхнями зі сталевих труб круглого профілю. Зниження металоємності теплообмінника з рівнорозвинених труб на 30...40% в порівнянні з теплообмінником виготовленним із традиційних гладких труб круглого профіля при однаковій потужності затраченої на переміщення теплоносія всередині труб досягається за рахунок високого ступеня інтенсифікації теплообміну всередині труби та шляхом розвинення поверхні труби.

При використанні умови постійної щільності теплового потоку на поверхні всієї труби виконані експериментальні і числові дослідження конвективного теплообміну і аеродинамічного опору гвинтоподібних труб з коефіцієнтом розвинення поверхні y = 1.15…1.44, кроків між впадинами чи виступами t = 8…50 мм, з висотами впадин – виступів h =3…7 мм, чисел Рейнольдса Re= 10000…60000. Проведено порівняння теплоаеродинамічних характеристик поверхонь з гвинтоподібних труб із поверхнями зі звичайних круглих труб найбільш поширених в галузі рекуперативних теплообмінних апаратів типу „газ-газ”. Результати порівняння теплоаеродинамічних характеристик поверхонь показали, що гвинтоподібна труба з кроком між впадинами чи виступами t = 12 мм, та висотою впадини чи виступу h =5 мм, є конкурентоспроможною.

Вперше отримані узагальнюючі розрахункові залежності для визначення коефіцієнтів тепловіддачі і аеродинамічного опору всередині гвинтоподібних труб, які враховують вплив на інтенсивність теплообміну і опір геометричних параметрів труби та режимних факторів потоку.

На підставі отриманих узагальнюючих залежностей розроблені нові інженерні методики розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі та аеродинамічного опору всередині рівнорозвинених гвинтоподібних труб. Запропоновані практичні рекомендації щодо оптимальних геометричних параметрів теплообмінних поверхонь для виконання інженерних розрахунків рекуперативних теплообмінних апаратів типу „газ-газ” за розробленою технологією виготовлення таких труб.