Методика розрахунку коефіцієнта теплопередачі в геліосистемах з ламінарним і перехідним режимами руху потоку теплоносія, структуруваного на частини
Affiliation:
1 Stepan Gzytsky Natoinal University of Veterinary Medicine and Biotechnologies, 50 Pekarska St., Lviv 79010, Ukraine
2 Lviv PolytechnitemNational University, 12, S. Bandera St., Lviv 79013, Ukraine
atamanyuk@ukr.net
DOI:
https://doi.org/10.23939/chcht18.03.409
| Attachment | Size |
|---|---|
 full_text.pdf | 574.77 KB |
Keywords:
Abstract:
У цій роботі запропоновано новий метод вибору класичних емпіричних рівнянь для розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі в трубах кожухотрубного теплообмінника в перехідному режимі. Цей метод ґрунтується на тому, що потік структурований на зону ламінарного примежового шару (ЛПШ) і турбулізовану частину, а коефіцієнт тепловіддачі розраховується через перехідну і турбулентну теплопровідність, а також середню товщину ЛПШ і, відповідно, середню товщину решти потоку теплоносія. Ключовим моментом цього методу є умова, що перехідна теплопровідність ЛПШ повинна бути нижчою за теплопровідність турбулізованої частини. Якщо ця умова не виконується, робиться висновок, що відповідне класичне емпіричне рівняння є не коректним для розрахунку коефіцієнта тепловіддачі. За модельну рідину було взято 45% водний розчин пропіленгліколю, який може бути широко використаний у сонячних колекторах, зокрема з нанонаповнювачами. Цей теплоносій цікавий тим, що за постійної швидкості V = 0,93 м/с і лінійного розміру (діаметра) «живого перерізу» потоку D = 0,021 м в інтервалі температур 243–273 К він рухається в ламінарному режимі, в інтервалі температур 283–323 К — у перехідному і 333–353 К — у турбулентному. Запропоновано нову формулу для розрахунку коефіцієнта турбулізації потоку теплоносія a, експериментальні числові значення якого знайдені в літературних джерелах лише для повітряного теплоносія.
References:
[1] Bіlonoga, Y.; Stybel, V.; Maksysko, O.; Drachuk U. Substantiation of a New Calculation and Selection Algorithm of Optimal Heat Exchangers with Nanofluid Heat Carriers Taking into Account Surface Forces. Int. J. Heat Technol. 2021, 39, 1697–1712. https://doi.org/10.18280/ijht.390602
[2] Bіlonoga, Y.; Stybel, V.; Maksysko, O.; Drachuk, U. A New Universal Numerical Equation and a New Method for Calculating Heat-Exchange Equipment using Nanofluids. Int. J. Heat Technol. 2020, 38, 151–164. https://doi.org/10.18280/ijht.380117
[3] Vajjha, R.S.; Das, D.K.; Kulkarni, D.P. Development of New Correlations for Convective Heat Transfer and Friction Factor in Turbulent Mode for Nanofluids. Int. J. Heat Mass Transfer 2010, 53, 4607–4618. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.06.0 32
[4] Buongiorno, J. Convective Transport in Nanofluids. J Heat Transfer 2006, 128, 240–250. https://doi.org/10.1115/1.2150834
[5] Duangthongsuk, W.; Wongwises, S. An Experimental Study on the Heat Transfer Performance and Pressure Drop of TiO2-water Nanofluids Flowing under a Turbulent Flow Mode. Int. J. Heat Mass Transfer 2010, 53, 334–344. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.09.024
[6] Asirvatham, L.G.; Raja, B.; Lal, D.M.; Wongwises, S. Convective Heat Transfer of Nanofluids with Correlations. Particuology 2011, 9, 626–631. https://doi.org/10.1016/j.partic.2011.03.014
[7] Xuan, Y.; Li, Q. Investigation on Convective Heat Transfer and Flow Features of Nanofluids. J. Heat Transfer. 2003, 125, 151–155. https://doi.org/10.1115/1.1532008
[8] Elias, M.M.; Mahbubul, I.M.; Saidur, R.,; Sohel, M.R.; Shahrul, I.M.; Khaleduzzaman, S.S.; Sadeghipour, S. Experimental Investigation on the Thermophysical Properties of Al2O3 Nanoparticles Suspended in Car Radiator Coolant. International Communications in Heat and Mass Transfer 2014, 54, 48–53. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2014.03.005
[9] Elias, M.M.; Rahman, S.; Rahim, N.A.; Sohel, M.R.; Mahbubul, I.M. Performance Investigation of a Plate Heat Exchanger Using Nanofluid with Different Chevron Angle. Advanced Materials Research 2013, 832, 254–259. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.832.254
[10] Huang, D.; Wu, Z.; Sunden, B. Effects of Hybrid Nanofluid Mixture in Plate Heat Exchangers. Exp. Therm. Fluid Sci. 2016, 72, 190–196. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2015.11.009
[11] Bіlonoga, Y.; Maksysko, O. Modeling the Interaction of Coolant Flows at the Liquid-Solid Boundary with Allowance for the Laminar Boundary Layer. Int. J. Heat Technol. 2017, 35, 678–682. https://doi.org/10.18280/ijht.350329
[12] Bіlonoga, Y.; Maksysko, O. Specific Features of Heat Exchangers Calculation Considering the Laminar Boundary Layer, the Transient and Turbulent Thermal Conductivity of Heat Carriers. Int. J. Heat Technol. 2018, 36, 11–20. https://doi.org/10.18280/ijht.360102
[13] Bіlonoga, Y.; Maksysko, O. The Laws of Distribution of the Values of Turbulent Thermo-Physical Characteristics in the Volume of the Flows of Heat Carriers Taking into Account the Surface Forces. Int. J. Heat Technol. 2019, 36, 1–10. https://doi.org/10.18280/ijht.370101
[14] Bilonoga. Y.; Atamanyuk, V.; Stybel, V.; Dutsyak, I.; Drachuk, U. Improvement of the Method of Calculating Heat Transfer Coefficients Using Glycols Taking into Account Surface Forces of Heat Carriers. Chem. Chem. Technol. 2023, 17, 608–616. https://doi.org/10.23939/chcht17.03.608
[15] Gnielinski, V. New Equations for Heat and Mass-Transfer in Turbulent Pipe and Channel Flow. Int. Chem. Eng. 1976, 16, 359–368.
[16] Meyer, P.; Olivier, J. A. Heat Transfer in the Transient Flow Mode. In Evaporation, Condensation and Heat Transfer; Ahsan, A., Ed.; InTech: Rijeka, 2011; pp 244–260. https://www.researchgate.net/publication/221916244
[17] Meyer, J.P. Heat Transfer in Tubes in the Transient Flow Mode. Proceedings of the 15th International Heat Transfer Conference, IHTC–15, Kyoto, Japan, August 10–15, 2014; https://doi.org/10.1615/IHTC15.kn.000003
[18] García, A.; Vicente, P.G.; Viedma, A. Experimental Study Of Heat Transfer Enhancement with Wire Coil Inserts in Laminar-Transition-Turbulent Modes at Different Prandtl Numbers. Int. J. Heat Mass Transfer 2005, 48, 4640–4651. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2005.04.024
[19] García, A.; Solano, J.P.; Vicente, P.G.; Viedma, A. Enhancement of Laminar and Transient Flow Heat Transfer in Tubes by Means of Wire Coil Inserts. Int. J. Heat Mass Transfer 2007, 50, 3176–3189. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.01.015
[20] Babatulaev, B.; Mavlanov, E.; Nigmadjanov, S. To Increasing The Absorption Area Of Column Apparatus With Tubul Th Tubular Lattice No Tice Nozzles. Chemical Technology, Control and Management 2021, 2021, 5–11. https://doi.org/10.34920/2021.1.5-10
[21] Dvoinos, Y.G.; Khotynetskyi, M.I. Matematychne modelyuvannya procesiv v blochnomu teploobminniku. Science Rise 2015, 3, 34–42. (in Ukrainian) http://nbuv.gov.ua/UJRN/texc_2015_3%282%29__8
[22] Dittus, F.W.; Boelter, L.M.K. Heat Transfer in Automobile Radiators of Tubular Type. University of California Publications of Engineering 1930, 2, 443–461.
[23] Atamanyuk, V., Huzova, I., Gnativ, Z. Intensification of Drying Process During Activated Carbon Regeneration. Chem. Chem. Technol. 2018, 12, 263–271. https://doi.org/10.23939/chcht12.02.263
[24] Bіlonoga, Y.; Stybel, V.; Lorenzini, E.; Maksysko, O.; Drachuk, U. Changes in the Hydro-Mechanical and Thermo-Physical Characteristics of Liquid Food Products (for Example, Milk) under the Influence of Natural Surfactants. Italian Journal of Engineering Science: Tecnica Italiana 2019, 63, 21–27. https://doi.org/10.18280/ti-ijes.630103
The journal is accepted into Emerging Sources Citation Index (ESCI) - new index in the Web of Science™ Core Collection
The journal is indexed in the international scientometric databases:
