АНАЛІТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ТЕПЛОМАСООБМІНУ ПОВІТРЯНОГО ТЕПЛООБМІННИКА

Анотація

У роботі представлено результати аналітичного та чисельного дослідження процесів тепломасообміну у повітряному теплообміннику побічно-випарного типу з перехресною організацією потоків. Запропоновано фізико-математичну модель, що ґрунтується на рівняннях збереження маси, імпульсу та енергії та враховує сумісний вплив відчутного теплообміну і прихованої теплоти фазового переходу у змочуваних каналах.

Розроблено алгоритмічну схему чисельної реалізації моделі з урахуванням перерозподілу та локального змішування повітряних потоків між сухими та змочуваними каналами. На основі розробленої методики виконано CFD-моделювання у програмному середовищі STAR-CCM+ з метою отримання просторових розподілів температури, абсолютної вологості та швидкісних полів у характерних зонах теплообмінної матриці.

За результатами чисельного аналізу встановлено наявність просторової неоднорідності теплового режиму та градієнтів швидкості у змочуваних каналах, що істотно впливає на інтенсивність тепломасообміну та аеродинамічні втрати. Показано, що у межах побічно-випарної схеми основний повітряний потік у сухих каналах охолоджується без збільшення вологовмісту, тоді як зростання абсолютної вологості відбувається переважно у робочому потоці, що проходить змочувані канали.

На основі результатів чисельного аналізу розроблено нову конструкцію теплообмінника, спрямовану на підвищення однорідності розподілу швидкостей та інтенсифікацію теплопередачі. Для перевірки адекватності чисельної моделі виготовлено експериментальний зразок та створено лабораторний стенд з автоматизованою системою збору даних. Експериментальні результати продемонстрували задовільну узгодженість із CFD-розрахунками, що підтверджує коректність розробленої фізико-математичної моделі та доцільність її використання для інженерного проєктування та оптимізації повітряних теплообмінників побічно-випарного типу.