Вычислительная гидродинамика в дизайне и анализе теплообменников

Среда Сентябрь 28th, 2016

Недавно к нам обратился клиент, у которого уже были установлены несколько конденсаторов, но они не выдавали нужную мощность. Конденсаторы просто не работали. Клиент предположил, что проблема заключается не в конструкции конденсатора, а в входной распределительной камере, а именно в неравномерности распределения потока по внутренним трубкам теплообменника. Хорошо известно, что неправильное распределение среды по внутренним трубкам может привести к проблемам с производительностью теплообменника.

 _Original Inlet Header

HRS предложил клиенту проанализировать ситуацию, используя метод Вычислительной гидродинамики (Computational Fluid Dynamics — CFD). СFD-анализ численного моделирования заключается в моделировании и изучение потока жидкости путем разбивания его на ячейки. Объект и жидкость делятся на конечные элементы или ячейки, каждая из которых имеет определенные размеры. Для каждой ячейки вычисляется масса, импульс и энергия, а результат вычисления для одной ячейки — это входные данные для вычисления последующей ячейки. Чем меньше размеры ячеек, тем больше вычислений выполняется и тем более точный результат получается. CFD пакет позволяет нам выполнять численное моделирование потока на компьютере. Более подробную информацию о CFD можно найти здесь.

Подходя к рассмотрению проблемы

Во-первых, теплообменник и входная камера были смоделированы с использованием программного обеспечения 3D CAD. Среды были проанализировали с целью получения их физических свойств и с использованием численного моделирования программного обеспечения САПР, рассчитали поведение жидкости в теплообменнике. На изображении выше представлен поток жидкости. Различные цвета указывают на разные скорости потока, четко показывающие массив скоростей жидкости на пути ее вниз по теплообменнику. При построении скоростей на входе каждую внутреннюю трубку появляется следующее изображение:

Цветовая схема показывает, что скорости варьируются от 12 м/с (в центральных трубах) до 1,5 м/с (в дальних от центра трубках). Это означает, что подозрения клиента насчет входной камеры были правильными и именно здесь заключается проблема с производительностью.

 _Original Inlet Header

_Modified Inlet Header

Решение проблемы

Возникающий вопрос: что можно сделать для улучшения потока жидкости через теплообменник? Как мы можем создать равномерное распределение потока во всех трубах теплообменника? Одним из вариантов было бы увеличить длину входной камеры, чтобы продукт имел больше времени для равномерного распределения. Однако решить проблему необходимо было в рамках существующей рабочей установки. Поэтому на одном и том же впускном коллекторе был проведен еще один CFD анализ, но на этот раз с концентрическими переходом, установленными на пути потока жидкости. Задача заключалась в том, чтобы проверить, сможет ли переход отводить жидкость по направлению к внешнему кольцу трубок и улучшить распределение потока.

Снова проверили скорости на входе для каждой внутренней трубки. Цветовая схема показывает улучшение скорости, которая варьируется в диапазоне от 1,5 до 6 м / с. Однако это все еще не идеально, потому что некоторые трубки все таки получили недостаточный поток.

_HRS Modified Inlet Header ISO

Основываясь на этом первом анализе новой конструкции,      необходимо выполнить дальнейшие изменения геометрии пока не будет  получен окончательный результат. В этом тематическом исследовании  показано, что CFD пакет является мощным инструментом для проверки    гипотезы о поведении жидкости. Он также позволяет проектировщику  анализировать прототипы внутри виртуальной лаборатории  (программы), прежде чем тратить деньги на реальные прототипы и  производство. Как вы можете видеть, использование новейших    технологий Computational Fluid Dynamics (CFD) обеспечивает экономию  времени и денег, которые мы можем передать нашим клиентам.

 

 

© 2017 HRS Heat Exchangers. All Rights Reserved

Продолжая пользоваться сайтом, вы соглашаетесь с использованием cookies-файлов. Подробнее. Подробнее

Параметры cookies-файлов на этом сайте установлены, как "разрешить cookies ", чтобы обеспечить Вам лучший просмотр сайта. Если вы будете продолжать использовать этот веб-сайт без изменения настроек cookies-файлов или нажмете кнопку "Принять", то вы соглашаетесь с этим.

Закрыть