Использование коэффициента оребрения теплообменной поверхности для расчета рекуперативного теплообменника с пористыми вставками
ГАБДУЛВАЛИЕВА Е.И., КазНЦ РАН, г. Казань
Науч. рук. д-р техн. наук, профессор КИРСАНОВ Ю.А.
Рассматривается рекуперативный теплообменник пластинчатого типа, состоящий из чередующихся друг с другом пористых вставок 1 и 2 (рис. 1) призматической формы, разделенных непроницаемыми стенками 3 толщиной 
. Длина 
и ширина B пористых вставок в обоих трактах одинакова. В каналах толщины пористых вставок составляют соответственно 
и 
. Крайние каналы имеют толщину 
, если 
, или 
, если 
. Между пористыми вставками и стенками 3 возможны зазоры 
, создающие дополнительные термические сопротивления. Структура пористости вставок характеризуется объемной пористостью 
, диаметром сферических пор 
, эквивалентным диаметром каналов 
, эквивалентным диаметром перемычек каркаса 
, удельной поверхностью пористости 
, относительной площадью поперечного сечения каркаса 
[Кирсанов Ю.А., Назипов Р.А., Данилов В.А. Геометрические и теплофизические характеристики высокопористой структуры // Известия вузов. Авиационная техника. 2010. № 2. С. 49-52.].
Рис. 1. Схема теплообменного аппарата: 1 – пористые вставки горячего тракта;
2 – пористые вставки холодного тракта; 3 – разделительные пластины
Инженерная методика теплового расчета рекуперативного теплообменника с пористыми вставками базируется на известной формуле для тепловой нагрузки, передаваемой от горячей среды холодной среде:
,
где 
– температурный напор между теплоносителями, К; 
– площадь гладкой разделительной стенки, м2; 
– площадь полной поверхности теплообмена со стороны j-го (j = 1, 2) теплоносителя, м2; 
– толщина стенки, м; 
– теплопроводность стенки, Вт/(м·К); 
– термическое сопротивление загрязнения на j-й поверхности стенки, м·К/Вт; 
– коэффициент эффективности оребрения; индексы «1» и «2» относятся к трактам горячего и холодного теплоносителей, соответственно.
Коэффициент эффективности оребрения 
учитывает степень неоднородности температурных полей в пористой вставке. Для ребер правильной геометрической формы известна теоретическая формула [Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1991. 480 с.].
, (1)
где 
, м-1; u – периметр отдельного ребра, м; f – площадь поперечного сечения ребра, м2; 
– теплопроводность материала ребра, Вт/(м·К); 
– эффективная длина ребра, м.
Для теплообменника с пористыми вставками формула для тепловой нагрузки принимает вид:
. (2)
Коэффициенты эффективности оребрения 
разделительной стенки пористой вставкой могут быть рассчитаны по формуле
, (3)
где 
и 
– среднеобъемные температуры каркаса и теплоносителя, К; 
– средняя по длине температура поверхности каркаса, прилегающая к разделительной стенке, К.
Необходимая для расчета по формуле (3) информация о температурных полях в каркасе пористых вставок и потоках теплоносителей определена с помощью математической модели [Кирсанов Ю.А., Иванова Е.И. Методика теплового расчета пластинчатого теплообменника с пористыми вставками // Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики «АНТЭ-2011»: Материалы VI Международной научно-технической конференции. Т. 2. Казань, 12-14 октября 2011 г. Казань: Изд. КГТУ. 2011. 732 с. / С. 511-517.].
Работа выполнена по программе совместных с Научным центром порошкового материаловедения (ПГТУ, г. Пермь) исследований.
УДК 621.182