Меню
Публикации
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
![](/pic/nikiforov.jpg)
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры
doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-4-820-827
УДК 536.24
Математическое моделирование теплообменного аппарата с учетом сильной зависимости вязкости нефти от температуры
Читать статью полностью
![](/images/pdf.png)
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Ссылка для цитирования:
Курманова Д.Е., Джайчибеков Н.Ж. Математическое моделирование теплообменного аппарата с учетом сильной зависимости вязкости нефти от температуры // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23, № 4. С. 820–827. doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-4-820-827
Аннотация
Введение. Подогрев нефти и нефтепродуктов широко применяется для уменьшения энергопотерь при транспортировке. Течение в межтрубном пространстве теплообменника имеет сложный характер и зависит от многих факторов. Использование тонких трубок в теплообменных аппаратах геликоидного типа приводит к необходимости учета перехода режима течения от ламинарного к турбулентному. Традиционно используемые в численных расчетах полуэмпирические модели турбулентности не учитывают ламинарно-турбулентный переход. Разработан подход к определению эффективной длины теплообменного аппарата и температуры холодного теплоносителя на его выходе в случае сильной зависимости вязкости нефти от температуры с учетом возможности ламинарно-турбулентного перехода. В качестве нагреваемого теплоносителя рассмотрена нефть, а нагревающего компонента — вода. Метод. Новизна разработанного подхода заключается в применении модели турбулентности, учитывающей ламинарно-турбулентный переход, к расчету теплообменных аппаратов геликоидного типа. Для численного моделирования применены осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье–Стокса, замкнутые при помощи модели турбулентности γ–Reθt, учитывающей ламинарно-турбулентный переход. Основные результаты. Выполнено сравнение результатов численных расчетов с данными, полученными на основе метода среднелогарифмической разницы температур при постоянной и переменной вязкостях. В случае переменной вязкости нефти обнаружен переход ламинарного режима течения в турбулентный, который оказывает существенное влияние на эффективную длину теплообменного аппарата. Обсуждение. Результаты численных расчетов могут быть полезны при проектировании теплообменных аппаратов геликоидного типа.
Ключевые слова: энергетика, теплообмен, вязкость, гидродинамика, нефтепродукты, численное моделирование, ламинарно-турбулентный переход
Список литературы
Список литературы
- Nakaso K., Mitani H., Fukai J. Convection heat transfer in a shell-and-tube heat exchanger using sheet fins for effective utilization of energy // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015. V. 82. P. 581–587. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.11.033
- Wang Y., Gu X., Jin Z., Wang K. Characteristics of heat transfer for tube banks in crossflow and its relation with that in shell-and-tube heat exchangers // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2016. V. 93. P. 584–594. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.10.018
- Araavind S., Athreya A.S. CFD analysis of shell and tube heat exchanger for pre-heating of biodiesel // International Journal of Advance Research in Science and Engineering. 2017. V. 6. N 7. P. 687–693.
- Abda A.A., Kareema M.Q., Najib S.Z. Performance analysis of shell and tube heat exchanger: parametric study // Case Studies in Thermal Engineering. 2018. V. 12. P. 563–568. https://doi.org/10.1016/j.csite.2018.07.009
- Лычаков В.Д., Егоров М.Ю., Щеглов А.А., Сивоволов А.С., Матяш А.С., Балунов Б.Ф. Анализ теплоотдачи сборок оребренных теплообменных элементов // Теплоэнергетика. 2022. № 3. С. 63–71.
- Darbandi M., Abdollahpour M.-S., Hasanpour-Matkolaei M. A new developed semi-full-scale approach to facilitate the CFD simulation of shell and tube heat exchangers // Chemical Engineering Science. 2021. V. 245. P. 116836. https://doi.org/10.1016/j.ces.2021.116836
- Bizhan K.G., Mohammad R.D., Hossein P. Prediction of kinematic viscosity of petroleum fractions using artificial neural networks // Iranian Journal of Oil and Gas Science and Technology. 2014. V. 3. N 2. P. 51–65.
- Boda M.A., Bhasagi P.N., Sawade A.S., Andodgi R.A. Analysis of kinematic viscosity for liquids by varying temperature // International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2015. V. 4. N 4. P. 1951–1954. https://doi.org/10.15680/IJIRSET.2015.0404020
- Lee B.I., Kesler M.G. A generalized thermodynamic correlation based on three-parameter corresponding states // AIChE Journal. 1975. V. 21. N 3. P. 510–527. https://doi.org/10.1002/aic.690210313
- Аралов О.В., Буянов И.В., Саванин А.С., Иорданский Е.И. Исследование методов расчета кинематической вязкости нефти в магистральном нефтепроводе // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2017. Т. 7. № 5. С. 97–105.
- Yogesh S.S., Selvaraj A.S., Ravi D.K., Rajagopal T.K.R. Heat transfer and pressure drop characteristics of inclined elliptical fin tube heat exchanger of varying ellipticity ratio using CFD code // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018. V. 119. P. 26–39. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.11.094
- Chen K., Mohammed H.I., Mahdi J.M., Rahbari A., Cairns A., Talebizadehsardari P. Effects of non-uniform fin arrangement and size on the thermal response of a vertical latent heat triple-tube heat exchanger // Journal of Energy Storage. 2022. V. 45. P. 103723. https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103723
- Osley W.G., Droegemueller P., Ellerby P. CFD investigation of heat transfer and flow patterns in tube side laminar flow and the potential for enhancement // Chemical Engineering Transactions. 2013. V. 35. P. 997–1002. https://doi.org/10.3303/CET1335166
- Karar O., Emani S., Gounder S.M., Myo Thant M.M., Mukhtar H., Sharifpur M., Sadeghzadeh M. Experimental and numerical investigation on convective heat transfer in actively heated bundle-pipe // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2021. V. 15. N 1. P. 848–864. https://doi.org/10.1080/19942060.2021.1920466
- Rana S., Zunaid M., Kumar R. CFD approach for the enhancement of thermal energy storage in phase change material charged heat exchanger // Case Studies in Thermal Engineering. 2022. V. 33. P. 101921. https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.101921
- Allouche Y., Varga S., Bouden C., Oliveira A.C. Validation of a CFD model for the simulation of heat transfer in a tubes-in-tank PCM storage unit // Renewable Energy. 2016. V. 89. P. 371–379. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.12.038
- Balaji D., Prakash L.S.S. CFD analysis of a pressure drop in a staggered tube bundle for a turbulent cross flow // International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology. 2016. V. 3. N 2. P. 35–40. https://doi.org/10.17148/IARJSET.2016.3209
- Czarnota T., Wagner C. Turbulent convection and thermal radiation in a cuboidal Rayleigh–Bénard cell with conductive plates // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2016. V. 57. P. 150–172. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2015.10.006
- Mohanan A.K., Prasad B.V., Vengadesan S. Flow and heat transfer characteristics of a cross-flow heat exchanger with elliptical tubes // Heat Transfer Engineering. 2021. V. 42. N 21. P. 1846–1860. https://doi.org/10.1080/01457632.2020.1826742
- Тугунов П.И., Новоселов В.Ф., Коршак А.А., Шаммазов А.М. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов. М.: Дизайн Полиграф Сервис, 2002. 234 с.
- Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат, 1990. 360 с.
- Петухов Б.С., Генин Л.Г., Ковалев С.А. Теплообмен в ядерных энергетических установках. М.: Атомиздат, 1974. 408 с.
- Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. М.: Энергоатомиздат, 1990. 367 с.
- Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA Journal. 1994. V. 32. N 8. P. 1598–1605. https://doi.org/10.2514/3.12149
- Menter F., Esch T., Kubacki S. Transition modelling based on local variables // Engineering Turbulence Modelling and Experiments. Elsevier, 2002. P. 555–564. https://doi.org/10.1016/b978-008044114-6/50053-3
- Langtry R.B., Menter F.R. Correlation-based transition modeling for unstructured parallelized computational fluid dynamics codes // AIAA Journal. 2009. V. 47. N 12. P. 2894–2906. https://doi.org/10.2514/1.42362
- Coder J.G., Maughmer M.D. Computational fluid dynamics compatible transition modeling using an amplification factor transport equation // AIAA Journal. 2014. V. 52. N 11. P. 2506–2512. https://doi.org/10.2514/1.j052905
- Menter F.R., Smirnov P.E., Liu T., Avancha R. A one-equation local correlation-based transition model // Flow, Turbulence and Combustion. 2015. V. 95. N 4. P. 583–619. https://doi.org/10.1007/s10494-015-9622-4
- Gorji S., Seddighi M., Ariyaratne C., Vardy A.E., O’Donoghue T., Pokrajac D., He S. A comparative study of turbulence models in a transient channel flow // Computers and Fluids. 2014. V. 83. P. 111–123. https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2013.10.037
- Volkov K. Numerical analysis of Navier–Stokes equations on unstructured meshes // Handbook on Navier–Stokes Equations: Theory and Analysis. Nova Science, 2016. P. 365–442.
- Volkov K. Multigrid and preconditioning techniques in CFD applications // CFD Techniques and Thermo-Mechanics Applications. Springer, 2018. P. 83–149. https://doi.org/10.1007/978-3-319-70945-1_6