Аналитическое исследование теплообмена при нагреве или охлаждении лимитированного объема жидкости

Приведены результаты аналитических исследований теплообмена при нагреве или охлаждении лимитированного объема жидкости. Цель работы --- определение величины теплопередающей поверхности при начальных параметрах теплоносителей, конечной температуре в сосуде и ее тепловом эквиваленте, а также расход теплоносителя 2 через теплообменник, соответствующий водяному эквиваленту при заданном времени охлаждения. Рассмотрен случай, когда теплопередающая поверхность погружена в резервуар. При этом если в сосуде осуществляется интенсивное перемешивание, т. е. если по длине теплопередающей поверхности температура теплоносителя 2 практически не изменяется, то W₂ → ∞. При решении использовано интегральное преобразование Лапласа --- Карсона. Точное решение преобразовано для частных случаев теплообмена. Следует отметить, что во многих практических случаях формулы дают достаточно хорошее приближение к точному решению. Только при малых значениях коэффициента теплопередачи, а также когда объем, занимаемый охлаждающей жидкостью внутри теплообменного устройства, соизмерим с объемом жидкости, заключенной в сосуде, имеется необходимость применения приведенного точного решения

Работа выполнена в МГТУ им. Н.Э. Баумана при поддержке Минобрнауки России (соглашение № 075-11-2019-087 от 18.12.2019)

Литература

[1] Ratel G., Mercier P., Icart G. Heat exchanger in transient conditions. In: Roetzel W., Heggs P.J., Butterworth D. (eds). Design and Operation of Heat Exchangers. EUROTHERM Seminars, vol. 18. Berlin, Heidelberg, Springer, 1992, pp. 111--120. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-84450-8_10

[2] Yalcin A.G., Ataer O.E. Transient behaviour of heat exchangers. Int. Symp. Transient Convective Heat Transfer, 1996. DOI: https://doi.org/10.1615/ICHMT.1996.TransientConvHeatTransf.280

[3] Saberimoghaddam A., Bahri Rasht Abadi M.M. Transient thermal study of recuperative tube in tube heat exchanger operating in refrigeration system using experimental test and mathematical simulation. IAChE, 2017, vol. 14, no. 3, pp. 3--18.

[4] Prabhakant, Tiwari G.N. Analytical study of heat exchanger design. Energy Convers. Manag., 1991, vol. 32, iss. 4, pp. 403--408. DOI: https://doi.org/10.1016/0196-8904(91)90059-R

[5] Pini A., Cammi A., Luzzi L. Analytical and numerical investigation of the heat exchange effect on the dynamic behaviour of natural circulation with internally heated fluids. Chem. Eng. Sci., 2016, vol. 145, pp. 108--125. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2016.01.014

[6] Malinowski L., Bielski S. An analytical method for calculation of transient temperature field in the counter-flow heat exchangers. Int. Commun. Heat Mass Trans., 2004, vol. 31, iss. 5, pp. 683--691. DOI: https://doi.org/10.1016/S0735-1933(04)00055-7

[7] Tyurin M.P., Borodina Y.S., Osmanov Z.N. Investigation of processes of heat and mass exchange in a closed two-phase thermosiphon for the development of energy conserving technologies in the production of edible phosphates. Fibre Chem., 2018, vol. 49, iss. 6, pp. 388--393. DOI: https://doi.org/10.1007/s10692-018-9905-3

[8] Александров А.А., Акатьев В.А., Тюрин М.П. и др. Решение внешней и внутренней задач тепломассообмена для закрытого двухфазного термосифона. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2017, № 4 (73), с. 109--121. DOI: http://doi.org/10.18698/1812-3368-2017-4-109-121

[9] MacArthur J.W., Grald E.W. Unsteady compressible two-phase flow model for predicting cyclic heat pump performance and a comparison with experimental data. Int. J. Refrig., 1989, vol. 12, iss. 1, pp. 29--41. DOI: https://doi.org/10.1016/0140-7007(89)90009-1

[10] Валуева Е.П., Попов В.Н. Численное моделирование процесса нестационарного сопряженного теплообмена при турбулентном течении жидкости в канале. ТВТ, 1997, т. 35, № 6, с. 917--925.

[11] Ho C.-D., Yeh H.-M., Sheu W.-S. An analytical study of heat and mass transfer through a parallel-plate channel with recycle. Int. J. Heat Mass Transf., 1998, vol. 41, iss. 17, pp. 2589--2599. DOI: https://doi.org/10.1016/S0017-9310(97)00337-2

[12] Тюрин М.П. Повышение эффективности технологических процессов и утилизация тепловых отходов. Дис. ... д-ра техн. наук. М., МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2002.

[13] Guan B., Liu X., Zhang T. Analytical solutions for the optimal cooling and heating source temperatures in liquid desiccant air-conditioning system based on exergy analysis. Energy, 2020, vol. 203, art. 117860. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117860

[14] Hiroshi K. Experimental and analytical study of transient heat transfer for turbulent flow in a circular tube. Int. J. Heat Mass Transf., 1977, vol. 20, iss. 5, pp. 443--450. DOI: https://doi.org/10.1016/0017-9310(77)90090-4

[15] Aleksandrov A.A., Akatev V.A., Tyurin M.P., et al. Analytical study of nonstationary modes in recuperative heat exchangers. Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Natural Sciences, 2020, no. 5 (92), pp. 60--71. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2020-5-60-71

[16] Соболев С.Л. Уравнения математической физики. М., Наука, 1992.