Эксперт

Сергей

Задать вопрос

Мы готовы помочь Вам.

Теплообменные аппараты смесительного типа достаточно широко распространены в различных областях промышленности. Их конструкция такова, что теплоносители могут обмениваться не только энергией в виде некоторого количества теплоты, но и массой. В отличие от теплообменных аппаратов поверхностного типа, смесительные теплообменные аппараты лишены дополнительного термического сопротивления, возникающего при наличии стенки, которая омывается теплоносителями.
Следует понимать, что если теплоносители являются разными веществами, то при их контакте в результате будет получена смесь, обладающая параметрами, отличающимися от параметров отдельных теплоносителей.
По этой причине использование теплообменных аппаратов подобных конструктивных схем в составе газотурбинных двигателей для внешней регенерации теплоты не представляется возможным, так как воздух, покинувший ступень (ступени) компрессора, далее направляется в тракт теплообменного аппарата, а далее – в камеру сгорания, где должно быть обеспечено сгорание топлива. Второй же теплоноситель в такой схеме – отработавший газ, покидающий ступень (ступени) турбины. То есть, это смесь воздуха, а также продуктов сгорания топлива, имеющая другой состав и другие свойства, нежели закомпрессорный воздух. Очевидно, что полученная в итоге смесь, поданная в камеру сгорания, приведёт либо к другим параметрам горения, либо вообще не обеспечит стабильного горения. Тем не менее, в других областях такой класс теплообменных аппаратов может быть использован, широко распространённым примером являются градирни.
При проектировании теплообменного аппарата часто следует, помимо прочего, обращать внимание на эффективность смешивания рабочих сред.
В этом случае целесообразно проводить расчётные исследования для понимания картины течения рабочих сред и анализа влияния параметров потока и геометрии устройства на эффективность смешивания. Такой подход позволит значительно сократить количество экспериментальных исследований, тем самым снизив время и стоимость его разработки.
Методические и практические указания по выполнению работы
Для начала выполнения данной работы нужно получить файлы, содержащие заранее подготовленную расчётную сетку для исследуемого теплообменного аппарата, а также описание граничных условий.
Моделирование течения производится в программе «ANSYS CFX».
После открытия программы нужно провести импорт полученной расчётной сетки. Следует обращать внимание на заданные единицы измерения длины, так как на данном этапе можно ошибиться с масштабом, и геометрия будет передана с размерами, не соответствующими действительности.
Для учёта зависимости вязкости газа от его температуры необходимо в  библиотеке веществ задать продублировать воздух, подчиняющий законам идеального газа, а далее в его детальных настройках задать значение вязкости в виде выражения – полинома от температуры.
Далее необходимо описать расчётную область, для этого создаётся расчётный домен, включающий в себя весь исследуемый объём. В домене задаётся течение воздуха (выбрать нужно воздух с учётом изменения вязкости), ссылочное давление задаётся равным 1 атм., течение выбирается турбулентным, модель турбулентности – k-ε. В данной задаче следует задаться течением с учётом теплообмена и без учёта сжимаемости ввиду невысоких скоростей течения (опция «Thermal Energy»).
Далее задаются граничные условия:
 на входах – скорости теплоносителей, а также их температуры;
 на выходе – нулевое избыточное статическое давление;
 на стенках – условия адиабатных стенок без проскальзывания
потока.
В настройках решателя следует увеличить максимальное количество
итераций до 300.Также следует уменьшить величину критерия сходимости по невязкам до 1e-5. В отчёт по лабораторной работе следует включить изображения полей температуры в характерных сечениях. Также следует внести в таблицу осреднённое значение температуры на выходе и значение перепада полного давления.