MODELING OF THERMAL VORTEX HEAT EXCHANGE IN AIR COOLING DEVICES
DOI:
https://doi.org/10.25635/2313-1586.2023.02.086Keywords:
heat exchangers, finned pipes, fans, Archimedes spiral, heat transfer, Tornado effect, gas, spiral turbulatorAbstract
Currently used air cooling devices are characterized by insufficient economic efficiency, largely due to the low coefficient of heat transfer. The article suggests a way to increase their efficiency with the help of a stable system of vortices that create a "Tornado" effect that forms the process of thermal vortex heat exchange. Mathematical modeling of thermal vortex heat transfer corresponds to the external problem of transverse flow around a bundle of finned pipes and is based on the hypothesis of a decrease in the temperature of the cooling air due to the circulation of the flow in a spiral vortex turbulator. A thermal vortex decrease in the temperature of the cooling air leads to the increase in the temperature difference between the cooled gas, the pipe walls and the cooling air and the effective value of the Reynolds criterion , due to the "Tornado" effect, and as a result of an increase in the criterion of its thermophysical similarity. Using of the Stokes theorem and the Helmholtz’ one, the Klayperon and Bernoulli equations, the similarity theory and the hypothesis of the dominant influence of the velocity of the circulation flow in a spiral vortex turbulator on a decrease in the temperature of the cooling air, a mathematical model of thermal vortex heat exchange in air cooling devices is obtained. Spiral vortex turbulator allows increasing the heat transfer coefficient to the value α=108 W/m2K
References
Бродов Ю.М, Аронсон К.Э., Рябчиков А.Ю., Ниренштейн М.А.; под общ. ред. Бродова Ю.М., 2016. Справочник по теплообменным аппаратам паротурбинных установок. Москва: Издательский дом МЭИ.
Bautin S.G., Krutova I.Y., Obukhov A.G., 2015. Twisting of a fire vortex subject to gravity ang coriolis fores. High temperature, Vol. 53, № 6, P. 928 – 930. DOI: 10.1134/S0018151X1505003X
Макаров В.Н., Макаров Н.В., Плотников Н.С., Потапов В.В., 2018. Математическое моделирование вихревого гидрообеспыливания на горно-обогатительных пред-приятиях. Горный информационно-аналитический бюллетень МГГУ, № 4, С. 210 – 217.
Лойцянский Л.Г., 2003. Механика жидкости и газа. Учебник для вузов. 7-е изд., испр. Москва: Дрофа, 840 с.
Зысин Л.В., Калютик А.А., 2010. Теплообменное оборудование: Учеб. пособие. Санкт-Петербург: Изд-во Политехн. ун-та, 230 с.
Sadik Kakac, Hongtan Liu, Anchasa Pramuanjaroenkij, 2020. Heat Exahangers. Selection, Rating and Thermal Design, P. 205 – 212, ISBN 978-1-138-60186-4
Сидягин А.А., Косырев В.М., 2009. Расчет и проектирование аппаратов воз-душного охлаждения: учеб. пособие для студентов вузов. Нижний Новгород: Нижегород. гос. техн. ун-т им. Алексеева Р.Е., 150 с.
Dawid Taler, 2020. Numerical Modelling and Experimental Testing of Heat Exchangers. Part of the Studies in Systems, Decision and Control book series, vol. 161, P. 45 – 70, ISBN978-3-319-91128-1
Макаров Н.В., Макаров В.Н., Бельских А.М., 2019. Исследование влияния остаточной циркуляции на аэротермодинамическую эффективность АВО. Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горно-шахтного и нефтепромыслового оборудования: материалы VI Международной научно-практической конференции: Горная и нефтяная электромеханика – 2019, Пермь 21 – 24 октября 2019 г., С. 87 – 91.
Макаров Н.В., Макаров В.Н., Волегжанин И.А., Угольников А.В., 2018. Аддитивная математическая модель аэродинамики энергетического регулятора шахтных радиальных вентиляторов. Горный информационно-аналитический бюллетень МГГУ, № 5, С. 171 – 177.
Petrik M., Szepesi L.G. & Jarmai K., 2020. Heat transfer analysis for finned tube heat exchangers. Solutions for Sustainable Development, P. 57 – 63.
Макаров Н.В., Макаров В.Н., Лифанов А.В., Угольников А.В., Таугер В.М., 2019. Модификация вихревой теории круговых решеток турбомашин. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 10, С. 206 – 214. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-09-0-184-194.
