Гидродинамическая модель теплообменного аппарата

Е С Байметова; М Р Королева

doi:10.22213/2410-9304-2026-3-30-36

Авторы

Е. С. Байметова ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
М. Р. Королева ИжГТУ имени М. Т. Калашникова; Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2026-3-30-36

Ключевые слова:

гидродинамическая модель, теплообменный аппарат, математическое моделирование, экспериментальное исследование, гидравлическое сопротивление

Аннотация

Работа посвящена построению гидродинамической модели многосекционного теплообменного аппарата, предназначенной для расчета потерь напора рабочей жидкости в зависимости от заданного расхода теплоносителя. Актуальность темы обусловлена необходимостью повышения точности проектирования энергоэффективных систем терморегулирования, в которых гидравлические потери напрямую влияют на энергопотребление насосного оборудования и общую надежность установки. Модель строится на анализе результатов математического моделирования гидродинамических процессов, определяющих гидравлическое сопротивление теплообменного аппарата и экспериментальных данных, что обеспечивает верификацию теоретических выкладок и подтверждает адекватность предлагаемых решений. Математическое моделирование выполняется в открытой интегрируемой платформе для решения задач механики сплошных сред OpenFOAM. Выбор данной платформы обусловлен ее гибкостью, возможностью точной настройки решателей под специфику течения вязкой жидкости в каналах сложной геометрии, а также отсутствием лицензионных ограничений. Экспериментальные исследования проводятся на гидравлическом лабораторном стенде ТМЖ-2М, оснащенном необходимой контрольно-измерительной аппаратурой, позволяющей в необходимом диапазоне чисел Рейнольдса фиксировать перепады давления с высокой точностью. Гидродинамическая модель априори учитывает такие особенности теплообменного аппарата как количество секций и их протяженность, количество малоразмерных каналов в каждой секции, наличие внутреннего продольного оребрения каналов и наличие интенсификаторов теплообмена. Верификация модели показала хорошую сходимость расчетных и экспериментальных данных. Более того, доказано, что построенная гидродинамическая модель может быть применена к расчету гидравлического сопротивления в теплообменном аппарате аналогичной конструкции другого типоразмера, что открывает перспективы для создания масштабируемого ряда оборудования без проведения дорогостоящих натурных испытаний для каждого нового типоразмера.

Биографии авторов

Е. С. Байметова, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

старший преподаватель

М. Р. Королева, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова; Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

кандидат физико-математических наук, доцент

Библиографические ссылки

Тарадай А. М., Коваленко Л. М., Гурин Е. П. К вопросу оценки теплоэнергетической эффективности теплообменников, применяемых в муниципальной теплоэнергетике // Новости теплоснабжения. 2003. № 6. С. 40-43.

Байметова Е. С. Гидродинамическая нагрузка многосекционного теплообменного аппарата // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. 2023. № 4. С. 6-14. DOI: 10.17804/2410-9908.2023.4.006-014.

Попов И. А. Интенсификация теплообмена. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена. Казань : КГТУ им. А. Н. Туполева, 2009. 560 с.

Дрейцер Г. А. Предельная интенсификация теплообмена в трубах за счет искусственной турбулизации потока // Инженерно-физический журнал. 2003. Т. 76, № 1. С. 46-51.

Леонтьев А. И., Олимпиев В. В. Теплофизика и теплотехника перспективных интенсификаторов теплообмена (обзор) // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2011. № 1. С. 7-31.

Макарова М. С., Лущик В. Г., Решмин А. И. Интенсификация теплообмена при турбулентном течении в плоском и круглом безотрывных диффузорах // Инженерно-физический журнал. 2021. Т. 94, № 2. С. 483-495.

Недайвозов А. В. Численное и экспериментальное исследование теплогидравлических характеристик контурной тепловой трубы : дис.. канд. техн. наук: 01.04.14. М., 2019. 157 с.

Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М. : Машиностроение, 1992. 671 с.

Байметова Е. С., Митрюкова Е. А. Численное и экспериментальное исследование гидродинамики теплообменного аппарата // Труды Института системного программирования РАН. 2023. Т. 35, № 6. С. 235-246.

Быстров П. И., Михайлов В. С. Гидродинамика коллекторных теплообменных аппаратов. М. : Энергоиздат, 1982. 224 с.

Байметова Е. С. Разработка гидродинамической модели теплообменного аппарата на основе численных и экспериментальных исследований: дис. … канд. техн. наук: 1.2.2. Ижевск, 2025. 105 с.

Повышение надежности прогнозирования теплогидравлических характеристик трубчато-ребристых радиаторов аппаратов воздушного охлаждения энергоустановок на основе численного и экспериментального исследования / Гуреев М. В. [и др.] // Тепловые процессы в технике. 2020. Т. 12, №11. С. 482-502.

Байметова Е. С., Королева М. Р. Построение гидравлической модели теплообменного аппарата // Труды Института системного программирования РАН. 2025. Т. 37, № 2. С. 129-140.

Шигапова А. Р. Верификация RANS-моделей турбулентности на задаче внешнего обтекания маслоохладителя. Известия вузов. Физика. 2026. Т. 69, № 1 (818). С. 29-36.

Чернова А. А., Шигапова А. Р. Параметрическое исследование эффективности исполнения единичной секции маслоохладителя // Труды Института системного программирования РАН. 2025. Т. 37, № 2. С. 141-152.

Chernova A., Surnin A. Research of operating processes in oil cooler with spear-shaped fins. Proceedings 2024 Ivannikov Open Conference (ISPRAS 2024). New York, 2024. P. 10899114.