Имитационное моделирование конвекционных процессов в теплообменных аппаратах

В статье описывается методика расчета влияния конвекции на теплообмен в теплообменниках (ТО) со спирально-навитыми трубками, а также представлена модель, реализующая данный объект без учета потерь теплоты в атмосферу. Излагается информация о расчетном коде, его теплогидравлических блоках, а также представляются необходимые уравнения для идентификации влияния свободной и вынужденной конвекции на теплообмен в среде динамического моделирования SimInTech. Перед началом исследования была проведена верификация расчетной модели, где относительная погрешность составила 1,3 %, что является допустимым для данной модели. После успешной верификации были выполнены расчеты для ТО в проектных пределах и за его границами, по результатам которых можно сделать вывод о том, что скорость среды, при которой свободная конвекция не оказывает влияния на эффективность теплообменника, где 324 трубки составляет 1,08 м/с, для ТО с 93 трубками – 1,25 м/c. В последующем была разработана рекомендация для использования кожухотрубных теплообменных аппаратов со спирально-навитыми трубками. Согласно этой рекомендации, чтобы гарантировать эффективный теплообмен и минимизировать воздействие свободной и вынужденной конвекции, разработчикам следует стремиться к поддержанию средней скорости течения в трубках теплообменника не менее 1,0 м/с, если же поддержание данной скорости невозможно, то необходимо учитывать данное влияние и правильно располагать теплообменник, чтобы направление вынужденной и свободной конвекции совпадало.

1. Гортышов Ю.Ф. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования. Казань: Изд-во КГТУ; 2009. 530 c.

2. Хабаров С.П. Шилкина М.Л. Основы моделирования технических систем. Среда SimInTech. Учебное пособие. 1-е изд. СПб.: Лань; 2022. 120 с.

3. Щекатуров А.М. Корсаков А.Р. Методика моделирования динамики паротурбинной установки. Среда SimInTech. Учебное пособие. 1-е изд. М.: ДКМ Пресс; 2022. 242 с.

4. Ляшенко А.И., Маслова Н.В., Вент Д.П. Основы моделирования в SimInTech. Методическое пособие. Новомосковск: Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт; 2018. 42 с.

5. Яуров С.В., Галиев К.Ф., Боровой А.В., Вольнов А.С. Опыт ввода в эксплуатацию системы продувки парогенераторов проекта АЭС-2006 (РУ В-392М). Известия ВУЗов. Ядерная энергетика. 2017;3:151–161.

6. Яуров С.В., Боровой А.В., Данилов А.Д. Математическое моделирование гидравлических процессов в коллекторной схеме объединения трубопроводов системы продувки парогенераторов энергоблока № 1 Нововоронежской АЭС-2. Известия ВУЗов. Ядерная энергетика. 2021;3:134–145.

7. Трунов Н.Б., Логвинов С.А., Драгунов Ю.Г. Гидродинамические и теплохимические процессы в парогенераторах АЭС с ВВЭР. 1-е изд. М.: Энергоатомиздат; 2001. 316 с.

8. Лукасевич Б.И., Трунов Н.Б., Драгунов Ю.Г., Давиденко С.Е. Парогенераторы реакторных установок ВВЭР для атомных электростанций. 1-е изд. М.: Академкнига; 2004. 391 с.

9. Жуков А.В., Сорокин А.П., Свириденко Е.Я., Худаско В.В. Экспериментальное и расчетное моделирование теплогидравлики теплообменных аппаратов ЯЭУ. 1-е изд. Обнинск: ИАТЭ; 2002. 80 с.

10. Щелик С.В., Шестаков Н.Б., Богомолов И.Н. Выбор и оптимизация режима продувки парогенераторов Калининской АЭС. Сб. тр. ФГУП ОКБ «Гидропресс». 1-е изд. Подольск; 2006. 45 с.