Наведено методику розрахунку потужності мідного і алюмінієвого теплообмінника з мікроканалами різних розмірів. Розрахунок базується на визначенні ефективності оребрення.Power was calculated for copper and aluminum heat exchanger with microchannels of different dimensions on all height of heat exchanger. The calculation is based on the calculation of the fins.Приведена методика расчёта мощности медного и алюминиевого теплообменника с микроканалами разных размеров. Расчёт основывается на определении эффективности оребрения

Diachkov, M.

Furtat, I.

Malkin, E.

Nikolaienko, Y.

Timoshchenko, A.

Дьячков, М. И.

Дьячков, М. І.

Малкин, Э. С.

Малкін, Е. С.

Николаенко, Юрий Егорович

Ніколаєнко, Юрій Єгорович

Тимощенко, А. В.

Фуртат, И. Э.

Фуртат, І. Е.

Ventilation Illumination and Heat Gas Supply

Electronic Archive of Kyiv Polytechnic Institute

Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. Вип. 17, 2014  71  УДК 535.244:629.7  Методика розрахунку одно- та двоярусних мікрощілинних теплообмінників    Е.С. Малкін1,    Ю.Є.    Ніколаєнко2, І.Е.    Фуртат3, А.В.    Тимощенко4,  М.І. Дьячков5  1д.т.н., професор, Київський національній університет будівництва та архітектури, saodhar@gmail.com 2д.т.н., ст.н.співр., Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» 3к.т.н., доцент, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», i.e.furtat@gmail.com  4к.т.н., Інститут технічної теплофізики НАНУ 5інженер, Київський національній університет будівництва та архітектури Наведено методику розрахунку потужності мідного і алюмінієвого теплообмінника з мікроканалами різних розмірів. Розрахунок базується на визначенні ефективності оребрення. Ключові слова: питома потужність тепловиділення, гребінчасті мікроканали, одноярусний теплообмінник, двоярусний теплообмінник.  Вступ. У зв’язку зі значним розвитком електронного, електричного та інших типів тепловиділяючого обладнання, який характеризується значним зменшенням питомих габаритним розмірів цього обладнання і, як слідство, значним зростання питомої потужності тепловиділення певних ділянок його поверхні. Це викликає необхідність створення нових високоінтенсивних теплообмінників для відведення значних питомих тепловиділень з поверхні і підтримання на ній безпечної температури (до 650С). Авторами були розроблені такі теплообмінники з гребінчастими мікроканалами [1–3], які дозволяють забезпечити при охолодженні водою відведення 21002200 кВт/м2 поверхні при Сtt впов   30 . Стаття присвячена подальшому підвищенню ефективності теплообмінників з гребінчастими мікроканалами шляхом розробки конструкції з двоярусним розташуванням мікроканалів та методики їх розрахунку, на базі якої проведено порівняльний розрахунок одно- (рис. 1а) та двоярусного (рис. 1б) теплообмінників. Наведено результати розрахунків мідних та алюмінієвих теплообмінників. Методика розрахунку одноярусного мідного теплообмінника. Таблиця 1 Вихідні дані для розрахунку одноярусного теплообмінника матеріал Мідь (М2) Алюміній(А5) Товщина ребра dр, м 0,001 Довжина ребра lр, м 0,031 Висота ребра hр, м 0,0075 Ширина каналу dк, м 0,0002 Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. Вип. 17, 2014  72  Товщина основи dосн, м 0,003 Закінчення таблиці 1 Товщина горизонтального перекриття dпер, м 0,005 Товщина вертикального огородження dо, м 0,005 Висота вертикального огородження hо, м 0,0075 Коефіцієнт тепловіддачі від стінок до теплоносія α, Вт/м2К 12000 Коефіцієнт теплопровідності матеріалу ребра р, Вт/мК 400 200  15,55557,53dкdр dб.р55dкIdр dб.рdкII57,532,515,5а)б)2331555513 Рис. 1. Схема теплообмінників з гребінчастими мікроканалами: а – одноярусний теплообмінник з постійною шириною каналів, б – двоярусний теплообмінник. 1 – корпус (радіатор), 2 – камера розподілу теплоносія, 3 – патрубок вводу теплоносія  1. Розраховуємо ефективність ребер. Попередньо визначається параметр ребра mр: 9,24460000001,04001200022ððððm d м-1                                                 (1) Значення коефіцієнта ефективності ребра р:    518,0837,195,00075,09,244837,1thhmhmthpрpрр                                                       (2) 2. Ефективність бокових огороджуючих ребер. Параметр mo вертикального огородження: 46,776000005,040012000moooр d м-1                                                 (3) Ефективність o вертикального огородження:    773,0968,0748,00125,046,770125,046,77thhmhmthooooр                                                (4) 3. Ефективність пер горизонтального перекриття. Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. Вип. 17, 2014  73  Параметр mпер: 46,77005,040012000mперперперпер d м-1                                                       (5) Середня висота ребра горизонтального перекриття: hпер = (55-10)/2 = 22,5 мм                                                                                  (6) Загальна ефективність перекриття теплообмінника:    417,0742,194,0773,00225,046,770225,046,77th773,0hmhmth773,0перперперперперопер       (7) 4. Поверхня теплообміну в теплообміннику: ,м0172,0031,00075,0372fn2F 2p   де n – кількість ребер = 37 fp = hplp – площа поверхні ребра 5. Потужність теплообмінника: t  – середньологарифмічна різниця температур між основою теплообмінника та охолоджуючою водою = 300С .кВт207,3Вт320730518,00172,012000tFQ p   Методика розрахунку двохярусного теплообмінника. Таблиця 2 Вихідні дані для розрахунку двохярусного теплообмінника мідного та алюмінієвого Товщина основи dосн, м 0,003 Довжина бокової стінки dст, м 0,005 Товщина горизонтального перекриття між першим і другим ярусами dс.п., м 0,005 Товщина перекриття над другим ярусом dпр, м 0,003 Висота вертикального огородження hо, м 0,1 Коефіцієнт теплопровідності матеріалу ребра м, Вт/мК 400 перший ярус Товщина ребра dрI, м 0,001 Довжина ребра lрI, м 0,031 Висота ребра hpI, м 0,005 Ширина каналу dкI, м 0,0002 Коефіцієнт тепловіддачі від стінок до теплоносія αpI, Вт/м2К 12000 другий ярус Товщина ребра dрII, м 0,0011 Довжина ребра lрII, м 0,031 Висота ребра hpII, м 0,0025 Ширина каналу dкII, м 0,0001 Коефіцієнт тепловіддачі від стінок до теплоносія αpII, Вт/м2К 24000  1. Параметр ребра I ярусу: 9,24460000001,04001200022mpIмpIрI d м-1                                              (8) 2.Параметр вертикального огородження I ярусу: Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. Вип. 17, 2014  74  46,776000005,040012000mстмрIоI d м-1                                               (9) 3. Параметр горизонтального перекриття між I та II ярусом: 16,134236000005,040022400012000222m.п.смрIIрI.п.с d м-1                      (10) 4. Параметр ребра II ярусу: 3,3300011,04002400022mpIIppIIрII d м-1                                                         (11) 5.Параметр вертикального огородження II ярусу: 46,776000005,040012000mстмрIIоII d м-1                                            (12) 6. Параметр перекриття II ярусу: 1,14120000003,040024000mпрмрIIоI d  м-1                                            (13) 7. Висота вертикального огородження I ярусу: м0065,00015,0005,0hoI                                                                              (14) 8. Висота ребра I ярусу м005,0hpI                                                                                                        (15) 9. Висота ребра перекриття між I та II ярусами: м0125,04lhp.п.с                                                                                               (16) 10. Висота вертикального огородження II ярусу: м008,003,00025,00025,0hoII                                                                    (17) 11. Висота ребра II ярусу: м0025,0hpII                                                                                                     (18) 12. Висота ребра перекриття над II ярусу: м0125,04lhрпII                                                                                               (19) 13. Ефективність ребра I ярусу:  687,02245,1841,09,244005,09,244005,0th2h2hthpIмpIpIpIмpIpIрI dd                                 (20) 14. Ефективність вертикального огородження I ярусу: Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. Вип. 17, 2014  75   922,0503,0464,046,770065,046,770065,0thhhthстмрIoIстмрIoIoI dd                                 (21) 15. Ефективність горизонтального перекриття між I та II ярусами:  513,0923,0677,19325,0mhmhthoI.п.с.п.с.п.с.п.с.п.с                                                   (22) 16. Ефективність вертикального огородження II ярусу:  742,00923804,0mhmhthoIoIIoIIoIIoIIoII                                                        (23) 17. Ефективність ребра II ярусу:  422,0513,0825,0678,0mhmhthI.п.сpIIpIIpIIpIIoII                                                     (24) 18. Поверхня теплообміну в I ярусі теплообмінника: FI = 2nIfpI = 2370,0050,031 = 0,01147 м2                                                                     (25) 19. Теплова потужність I ярусу при C30t 0 : кВт84,2Вт2840687,03001147,012000tFQ pIIpII                      (26) 20. Поверхня теплообміну в II ярусі теплообмінника: FII = 2nIIfpII = 2370,00250,031 = 0,00574 м2                                                                     (27) nII – кількість ребер в II ярусі = .шт371,01,145 21. Теплова потужність II ярусу при C30t 0 : кВт774,1Вт1774422,03000574,024000tFQ pIIIIpIIII                 (28) 22. Сумарна теплова потужність двохярусного теплообмінника: Q = QI + QII = 2.84 + 1.774 = 4.614 кВт                                                          (29) За аналогічними методиками проведено розрахунки одно- та двохярусніх теплообмінників з алюмінію. Результати розрахунків зведено в табл. 3.  Таблиця 3 Результати розрахунку теплообмінників Матеріал мідь алюміній Температурний напір, 0С Теплова потужність Q, Вт Одноярусний теплообмінник t1 = 10 1069 844,5 t2 = 20 2138 1689 t3 = 30 3207 2533 Двохярусний теплообмінник t1 = 10 1538 1215 t2 = 20 3016 2430 t3 = 30 4614 3645  Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. Вип. 17, 2014  76  Висновки. Більш ефективним є теплообмінник, виконаний з міді, що пояснюється більшим коефіцієнтом теплопровідності міді (400 Вт/м20С) порівняно з алюмінієм (200 Вт/м20С), а це приводить до збільшення коефіцієнта оребрення на 21%. Потужність двоярусних теплообмінників із зменшеною шириною каналів у II ярусі на 44% більша, ніж одноярусних. Література 1. Малкін Е.С., Тимощенко А.В. Експериментальне вивчення теплообміну в вертикальних кільцевих мікроканалах з однобічним обігрівом та вимушеним рухом рідини // Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. – 2006. – Вип. 9. – С. 11-23. 2. Тимощенко А.В. Гідродинаміка та теплообмін потоку рідини в щілинних мікроканалах / Автореферат дисертації на здобуття ступеня к.т.н. – 2007. – 20 с. 3. Малкін Е.С., Фуртат І.Е., Дьячков М.І. Теплотехнічні характеристики високоефективних теплообмінників з гребінчастими мікроканалами // Нова тема №1/2010(24). – С. 23-25.  Методика расчёта одно- и двухярусных микрощелевых теплообменников Э.С. Малкин, Ю.Е. Николаенко, И.Э. Фуртат, А.В. Тимощенко, М.И. Дьячков  Приведена методика  расчёта мощности медного и алюминиевого теплообменника с микроканалами разных размеров. Расчёт основывается на определении  эффективности оребрения. Ключові слова: удельная мощность тепловыделення, гребенчатые микроканалы, одноярусный теплообменник, двухярусный теплообменник. Methods of calculating the one and two tier micro-slotted heat exchangers E. Malkin, Y. Nikolaienko, I. Furtat, A. Timoshchenko, M. Diachkov  Power was calculated for copper and aluminum heat exchanger with microchannels of different dimensions on all height of heat exchanger. The calculation is based on the calculation of the fins. Keywords: specific heat capacity; comb microchannels storey exchanger; single tier heat exchanger.  Надійшла до редакції 17.06.2014  р.      

Методика расчёта одно- и двухярусных микрощелевых теплообменников

Методика расчёта одно- и двухярусных микрощелевых теплообменников

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic Archive of Kyiv Polytechnic Institute