Решение внешней и внутренней задач тепломассообмена для закрытого двухфазного термосифона

Приведены результаты аналитического исследования процессов тепломассообмена с использованием закрытого двухфазного термосифона. Дано математическое описание процесса тепломассообмена в закрытом двухфазном термосифоне в виде системы дифференциальных уравнений сохранения массы, импульса и энергии, дополненные условиями однозначности в виде уравнений тепловых и материальных балансов, а также краевых условий. Внутренние и внешние задачи решены численным методом конечных элементов. Представлены отдельные результаты расчетов, в частности, распределение скоростей и температуры в газовом тракте топки (зона испарителя термосифона), существенно влияющие на коэффициент теплоотдачи от потока газов к внешней стенке термосифона; изменения по длине термосифона средних значений коэффициентов теплоотдачи; распределение температуры по длине термосифона на его внутренней и внешней поверхности и теплопроизводительности аппарата. Результаты расчетов показывают высокую эффективность аппарата.

Литература

[1] Kuznetsov G.V., Al-Ani M.A., Sheremet M.A. Numerical analysis of convective heat transfer in a closed two-phase thermosyphon // Journal of Engineering Thermophysics. 2011. Vol. 20. No. 2. P. 201-210. DOI: 10.1134/S1810232811020081 URL: https://link.springer.com/article/10.1134/S1810232811020081

[2] Rashidian B., Amidpour M., Jafari Nasr M.R. Modeling the transient response of the thermosyphon heat pipes // Proc. of the World Congress on Engineering. 2008. Vol. II. P. 15301535. URL: http://www.iaeng.org/publication/WCE2008/WCE2008_pp1530-1535.pdf

[3] Кузнецов Г.В., Аль-Ани М.А., Шеремет М.А. Численный анализ влияния температурного перепада на режимы переноса энергии в замкнутом двухфазном цилиндрическом термосифоне // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2010. № 4. Т. 317. С. 13-19.

[4] Zanardi M.A., Leite N.G.C. Theoretical modeling of a two-phased thermosyphon assuming the liquid reservatory // Thermal Engineering. 2007. Vol. 6. No. 1. P. 74-88.

[5] Кузнецов Г.В., Аль-Ани М.А., Шеремет М.А. Математическое моделирование нестационарных режимов теплопереноса в замкнутом двухфазном цилиндрическом термосифоне в условиях конвективного теплообмена с внешней средой // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2011. № 1 (13). С. 93-104.

[6] Harley C., Faghri A. Complete transient two-dimensional analysis of two-phase closed thermosyphon including the falling condensate film // J. Heat Transfer. 1994. Vol. 116. P. 418-426. DOI: 10.1115/1.2911414 URL: http://heattransfer.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1441684

[7] Tang Z.W., Han Y.F., Liu A.J., Song W.G. Modeling analysis of bubble flow regime in a closed two-phase thermosyphon // Int. J. Heat Mass Transfer. 2011. Vol. 47. No. 12. P. 1685-1689. DOI: 10.1007/s00231-011-0789-5 URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s00231-011-0789-5

[8] Patil Aniket D., Yarasu Ravindra B. Factors affecting the thermal performance of two phase closed thermosyphon: A review // Int. J. of Emerging Technology and Advanced Engineering. 2012. Vol. 2. No. 9. P. 202-206. URL: http://www.ijetae.com/files/Volume2Issue9/IJETAE_0912_33.pdf

[9] Pan Y. Condensation characteristics inside a vertical tube considering the presence of mass transfer, vapor velocity and interfacial shear // Int. J. of Heat and Mass Transfer. 2001. Vol. 44. No. 23. P. 4475-4482. DOI: 10.1016/S0017-9310(01)00087-4 URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931001000874

[10] Ong K.S., Tong W.L. Inclination and fill ratio effects on water filled two-phase closed thermosyphon // Proc. 10th Int. Heat Pipe Symp., Taipei. 2011. P. 167-171.

[11] Yong J.P., Hwan K.K., Chul J.K. Heat transfer characteristics of a two-phase closed thermosyphon to the fill charge ratio // Int. J. of Heat and Mass Transfer. 2002. Vol. 45. No. 23. P. 4655-4661. DOI: 10.1016/S0017-9310(02)00169-2 URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931002001692

[12] Кравец В.Ю., Чернобай В.А., Готовцева А.К. Теплопередающие характеристики двухфазных термосифонов // Восточно-европейский журнал передовых технологий. 2012. Т. 2. № 8 (56). С. 61-63.

[13] Emami M.R. Sarmasti, Noie S.H., Khoshnoodi M. Effect of aspect ratio and filling ratio on thermal performance of an inclined two-phase closed thermosyphon // Iranian Journal of Science & Technology Transaction B: Engineering. 2008. Vol. 32. No. B1. P. 39-51.

[14] Теплообменный аппарат / Е.С. Бородина, В.В. Зиновьев, И.Ю. Розанов, Б.С. Сажин, Г.А. Кесоян. Патент РФ № 2473856. Заявл. 20.10.2011, опубл. 27.01.2013.

[15] Термосифонный теплообменный аппарат / Е.С. Бородина, М.П. Тюрин, И.Ю. Розанов, Л.М. Кочетов, О.Г. Бельданова. Патент РФ №2532061. Заявл. 20.11.2013, опубл. 27.10.2014.

[16] Тюрин М.П., Бородина Е.С., Кочетов Л.М., Бельданова О.Г. Теоретическое моделирование процессов тепломассопереноса в двухфазном закрытом термосифоне // Дизайн и технологии. 2014. № 41. С. 55-59.

[17] Тюрин М.П., Бородина Е.С., Кочетов Л.М. Математическое моделирование процессов переноса в закрытом термосифоне с учетом бассейна неиспаряющейся жидкости // Инновации, качество и сервис в технике и технологиях. Сб. науч. трудов 4-й Международной научно-практической конференции. Т. 2. 2014. С. 195-198.