Apróbordás hőcserélő áramlásának időfüggő szimulációja
A hőcserélők működése szempontjából a két legfontosabb fizikai jellemző a hűtendő közeg hőmérséklet-változása és a közeg nyomásesése, a cél pedig ezek optimális szinten tartása, miközben a kisebb helyigényre és költségre is törekedni kell. A víz-levegő hőcserélők esetében problémát jelent az alacsony légoldali hőátadási tényező, amit a felületek megnövelésével – például bordákkal – lehet kompenzálni. A dolgozatban egy olyan bordázott víz-levegő hőcserélő áramlási viszonyait vizsgáltam, melynek bordáin további apróbordák vannak kialakítva. Ezek az áramlásra merőlegesen a borda elvágásával és a borda síkjából történő kinyomásával készülnek. Az apróbordák áramlástechnikai szempontból az áramlási irányhoz képest közel merőlegesen elhelyezett téglatesteknek feleltethetők meg, és elsődleges céljuk a határréteg megszakítása, ami egyben a hőátadás növekedését is eredményezi. Az alakjukból eredően azonban a mögöttük kialakuló nyom hatását is figyelembe kell venni, sűrűbb elrendezések és nagyobb Reynolds-számok esetén ugyanis ezek az apróbordás egymás leáramlási zónájába kerülhetnek [1, 2]. Az apróbordás kialakítás előnye, hogy a hőátadás javítása megvalósítható a helyigény és a költségek növekedése nélkül.
A dolgozatomban bemutatott ipari hőcserélő apróbordái egymáshoz képest oldalirányban eltolva helyezkednek el, így háromdimenziós modell felállítása volt szükséges (ez újdonság a szakirodalomban vizsgált esetekhez képest). A szimulációim során a bordák hőmérsékletét állandónak tekintettem, de a modellalkotás és a megoldó kiválasztásakor szempont volt, hogy a későbbiekben könnyen bővíthető legyen. Ebből kifolyólag az OpenFOAM chtMultiRegionSimpleFoam és chtMultiRegionFoam megoldóit használtam, melyek az egyes régiókra – jelen esetben a bordákra – lehetővé teszik a későbbiekben hőmérsékletfüggő anyagjellemzők definiálását is. Az áramkép időfüggésének megállapításához a praktikusan előforduló legnagyobb Reynolds-számon stacioner szimulációk eredményeit hasonlítottam össze instacioner szimulációk átlagolt áramképeivel, valamint az utóbbiak ingadozásait mennyiségileg is kiértékeltem. Mind a stacioner, mind az instacioner szimulációkat centrális és másodrendű szél felől súlyozott konvekciós sémával is elvégeztem.
A vizsgált Reynolds-számon mind a hőmérséklet-változásra, mind a nyomásesésre hasonló eredményeket ad a stacioner és az instacioner modell is, és ezek értékei a modellben elsősorban az alkalmazott konvekciós sémától függenek. Ez egyben azt is jelenti, hogy a keresett jellemzőket hasonló pontosság mellett a stacioner szimuláció is visszaadja, mellyel jelentős számítási kapacitások spórolhatók meg az instacioner megoldókhoz képest.
Irodalom:
1. Saidi, A., Sundén, B.: A numerical investigation of heat transfer enhancement in offset strip fin heat exchangers in self-sustained oscillatory flows. International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, vol. 11, Iss: 7 pp., 699-717 (2001)
2. Yang, K.S. et al.: On the heat transfer characteristics of heat sinks: Influence of fin spacing at low Reynolds number region, International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 50, 2667-2674 (2007)
szerző
-
Erdődi István
gépészeti modellezés
nappali (angol nyelvű)
konzulens
-
Dr. Lohász Máté Márton
fejlesztő mérnök, GEA EGI Energiagazdálkodási Zrt. (külső)
