Analysis of the Increase in the Efficiency of Air-cooled Heat Exchangers due to the Intensification of Heat Exchange

22 Apr 2021, 17:00
1h
Saint-Petersburg

Saint-Petersburg

Lomonosov Hall (The ITMO University)
Poster Energy Saving and Energy Efficiency Poster on line

Speaker

Mr David Artemyev (ITMO University)

Description

Анализ увеличения эффективности аппаратов воздушного охлаждения за счет интенсификации теплообмена
Артемьев Д. В., Зайцев А. В. (Университет ИТМО)

Введение. Широкое применение аппаратов воздушного охлаждения по сравнению с другими системами охлаждения объясняется их простотой и надежностью. Вопросы улучшения процессов теплообмена в таких теплообменниках играют огромную роль с точки зрения увеличения эффективности охлаждения. Рост площади поверхности теплообмена и уменьшение размеров аппаратов позволяет существенно экономить материальные и финансовые ресурсы. Существует несколько базовых методов увеличения коэффициентов теплоотдачи теплоносителей в аппаратах, и, соответственно, увеличения коэффициента теплопередачи. Например, оребрение труб или интенсификация теплообмена с помощью трубных вставок. Оба метода заключаются в изменении траектории движения теплоносителя и увеличении турбулентности потока, что ведет к росту числа Рейнольдса и эффективности теплоотдачи.
Цель. Исследование проводится с различными видами «низкого» оребрения (трубки с индивидуальным оребрением) и «высокого» оребрения (трубки с общим оребрением в виде единой пластины), а также с применением трубных вставок с целью анализа изменения коэффициентов теплоотдачи и скоростей потоков воздуха и охлаждаемого теплоносителя в зависимости от типов оребрения и трубных вставок и их геометрии. В результате анализа должны быть определены оптимальные геометрические параметры ребер и трубных вставок.
Методы и материалы. В качестве прикладного программного обеспечения используется программа Xchanger Suite, модуль Xace, предоставленный компанией HTRI Университету ИТМО, а также генератор теплофизических свойств VMG Thermo. Тип аппарата воздушного охлаждения – нагнетательный. В трубном пространстве в качестве теплоносителя располагается масло марки ТП22, теплофизические свойства которого генерируются с помощью VMG Thermo. Далее выбираются различные типы оребрения и трубных вставок с целью оценки изменения различных термодинамических параметров.
Результат. Окончательным итогом исследования является: оптимально подобранная на основе анализа геометрия интенсификаторов теплообмена, позволяющая уменьшить габариты аппарата воздушного охлаждения, и обеспечивая при этом необходимую тепловую нагрузку, коэффициент запаса поверхности теплообмена и коэффициенты теплоотдачи.
Ключевые слова: аппарат воздушного охлаждения, энергоэффективность, интенсификация теплообмена, теплопередача

Analysis of the Increase in the Efficiency of Air-cooled Heat Exchangers due to the Intensification of Heat Exchange

David Artemyev, Andrey Zaitsev (ITMO University)

Introduction. The wide use of air-cooled heat exchangers in comparison with other cooling systems is explained by their simplicity and reliability. The issues of improving the heat transfer processes in such heat exchangers play a huge role in terms of increasing the cooling efficiency. The increase in the heat exchange surface area and the reduction in the size of the heat exchangers allows you to significantly save material and financial resources. There are several basic methods for increasing the heat transfer coefficients of heat carriers in air-cooled heat exchangers, and, accordingly, increasing the heat transfer coefficient. For example, the finning of pipes or the intensification of heat exchange with the help of pipe inserts. Both methods consist in changing the trajectory of a heat transfer fluid and increasing the turbulence of the flow, which leads to an increase in the Reynolds number and the efficiency of heat transfer.
Purpose. The study is carried out with different types of "low" fins (tubes with individual fins) and "high" fins (tubes with common fins in the form of a single plate), as well as with the use of pipe inserts in order to analyze changes in heat transfer coefficients and flow rates of air and cooled heat transfer fluid, depending on the types of fins and pipe inserts and their geometry. As a result of the analysis, the optimal geometric parameters of the ribs and pipe inserts should be determined.
Methods and materials. The application software is the Xchanger Suite program, the Xace module provided by HTRI to ITMO University, and the thermal properties generator VMG Thermo. The type of air-cooled heat exchanger is forced draught air. In the pipe space, the TP22 oil is used as a heat transfer fluid, the thermophysical fluid properties of which are generated using VMG Thermo. Next, different types of fins and pipe inserts are selected to evaluate the changes in various thermodynamic parameters.
Results. The result of the study is an optimally selected geometry of heat exchange intensifiers based on the analysis, which allows reducing the dimensions of the air-cooled heat exchanger, while providing the necessary heat load, the heat exchange surface reserve coefficient and heat transfer coefficients.
Keywords: air-cooled heat exchanger, energy efficiency, heat transfer intensification, heat transfer

Affiliation of speaker ITMO University
Publication International journal «Resource-Efficient Technologies»
Position of speaker Master

Primary author

Mr David Artemyev (ITMO University)

Co-author

Andrey Zaycev (ITMO University)

Presentation Materials