Abstract
The design of twisted heat exchangers provides a possibility to compensate for temperature and mechanical stresses thus ensuring continuous and failsafe operation of the equipment. The authors use fins and multiturn pipe bundles to reduce the mass and size characteristics of the heat exchangers. Such design significantly complicates the calculating method. The main aspect of swirling flows is the presence of radial and axial pressure gradients. When vapor or gas flows swirl, the flow velocity near the walls is much higher than the average values, while at the axis the flow is significantly slower and in some cases its values can become negative. The liquid flowing near the axis has a notably lower pressure, which can cause it to boil. Considerable radial gradients of axial and rotational speed, as well as static pressure contribute to turbulent pulsations. Given that the working fluid flows along a helical line, the flow in the near-wall area is similar to the flow around curved surfaces. The study analyses how the pipe bundle geometry impacts hydraulic distribution and scrutinizes the main components of pressure loss in the twisted heat exchanger. The analysis allowed simplifying the method of hydraulic calculation of the multiturn twisted heat exchanger. Solving the outer heat transfer and hydrodynamics problem for the twisted heat exchanger allowed determining the effect of the main factors and the relationship between the parameters of the coolant and the working mass on the distribution values. The paper presents the equations for determining geometry of the pipes with different coiling diameters, as well as the equation for finding hydraulic distribution in individual pipes in the layers of the pipe bundle. The obtained results can help increase the accuracy of thermal calculation. The authors propose to use sectioning of twisted heat exchangers as a way to reduce hydraulic distribution. Bibl. 12, Fig. 1.
Highlights
Кріогенні установки, які працюють за циклом Джоуля-Томсона, знайшли широке застосування в енергетиці, медицині, радіоелектронній техніці завдяки відносно простій конструкції основних елементів, низьким експлуатаційним витратам, надійності та великому ресурсу роботи
Трубка може бути гладка або оребрена [3, 4]
Для забезпечення компактності теплообмінник виготовляється у вигляді трубного пучка витої форми, який роміщений у циліндричному корпусі з аксіально розташованим суцільним сердечником або без нього
Summary
Туз В.О., докт. техн. наук, проф., ORCID: 0000-0002-4691-4890, Лебедь Н.Л., канд. техн. наук, ORCID: 0000-0002-2194-4911. Для зменшення масогабаритних характеристик теплообмінних пристроїв використовуються оребрення та багатозаходність трубного пучка, що значно ускладнює методику розрахунку обладнання. У роботі проведено аналіз впливу геометрії пучка витого теплообмінника на величини гідравлічних розвірок, виконано аналіз основних складових втрат тиску у теплообміннику, що дало можливість спростити методику гідравлічного розрахунку багатозахідного витого теплообмінника. При розв’язанні зовнішньої задачі теплообміну та гідродинаміки витого теплообмінника визначено вплив основних чинників та взаємозв’язок параметрів теплоносія та робочого тіла на величини теплогідравлічних розвірок. Отримано залежності для визначення геометричних характеристик трубок з різними діаметрами навивки, а також залежність, яка дає можливість визначити гідравлічні розвірки в окремих трубках, у шарах трубного пучка. Для збільшення питомої поверхні теплообміну в одиниці об’єму теплообмінника він виконується багатозахідним (кількість заходів може змінюватися в діапазоні Zз від 1 до 8 та більше) [5, 6], а також одно- й багатошаровим [7, 8]. Метою будь-якої гідродинамічної задачі є визначення умов формування пограничного шару, профілю швидкості та режиму течії, а також втрат тиску в результаті руху теплоносія
Sign-in/Register to view highlights & summary Sign-in/Register to access full text options 
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a callDisclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.
