Отзыв ведущей организации (Повышение эффективности пластинчатых теплоутилизаторов посредством интенсификации теплообмена на поверхности с овальными лунками)

УТВЕРЖДАЮ Директор ООО НТЦ «Промышленная эне гетика», к.т.н. в П,А. «18 > ОТЗЫВ ведущей организации на диссертационную работу Арбатско рея Андреевича «Повышение эффективности пластинчатых теплоутилизаторов посредством интенсификации теплообмена на поверхностях с овальными лунками», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.04 — Промышленная теплоэнергетика 1. Актуальность диссертационной темы Потребность в эффективных теплообменных аппаратах велика во всех сферах народного хозяйства, включая промышленную теплоэнергетику. Так, расход тепла на подогрев вентиляционного воздуха, как правило, составляет 30-40% от общего теплопотребления промышленных зданий.

Общий потенциал энергосбережения при применении утилизаторов теплоты вытяжного воздуха 1расход которого, как правило, эквивалентен расходу приточного воздуха) можно оценить в 20-25% от общего теплопотребления промышленных зданий. Более полно реализовать такой потенциал можно, если повысить эффективность теплообменных аппаратов с помощью интенснфикаторов теплообмена. Основным инструментом утилизации теплоты газо-воздушных смесей являются пластинчатые теплообменники-утилизаторы. Среди поверхностных интенснфикаторов теплообмена следует выделить овальные лунки 1ОЛ), которые, по мнению ряда исследователей, дают большую теплоотдачу, чем углубления в виде шаровых сегментов (ШС). Однако, отсутствие четкого представления о структуре вихревого течения в ОЛ в широком диапазоне факторов, влияющих на физику процесса, не позволяет количественно определить степень воздействия геометрических и режимных параметров на гидродинамику и теплообмен в каналах, оснащенных данным типом интенсификатора.

2. Содержание работы Представленная диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы, включающего 83 наименования. Работа изложена на 160 страницах, включая рисунки, таблицы и приложения. Во введении автор обосновал актуальность темы, охарактеризовал на- правление исследования, определил цели и задачи. В первой главе диссертации рассматривается анализ состояния вопроса и обзор литературных источников по теме диссертационной работы.

Делается вывод, что, несмотря на большое количество работ, нет физической модели, объясняющей механизм интенсификации теплообмена для различных видов углублений за счет локальных постоянных или периодических выбросов теплоносителя в ядро основного потока. Недостаточно экспериментальных данных для получения расчетных зависимостей по теплообмену на поверх- ностях с овальными лунками в широком диапазоне режимных параметров.

Нет теплообменных аппаратов, реализующих превосходство поверхностей с овальными лунками по теплоотдаче над поверхностями с полусферическими лунками. Во второй главе диссертации приводятся данные экспериментального исследования процесса вихреобразования в канале с одиночными овальными лунками и физическая модель для расчета передаваемого количества теплоты из лунки в ядро потока. Проведенные визуальные исследования позволили автору выявить структуру вихря и определить время полного обновления ее объема. Экспе- рименты по определению температурного поля в лунке, выполненные при тех же режимах, что и при дымовой визуализации позволили, во-первых, установить, что для всех исследованных скоростей и типов лунок характерна область более низкой температуры на крайнем левом участке лунки, которая говорит о высокой интенсивности вихря в данной области.

Во-вторых, область срыва потока слабо выделяется на общем фоне, поэтому влияние лунки на общую аэродинамику потока минимально, Для расчета поля скоростей внутри одиночной лунки автор применил физическую модель, основанную на модели турбулентного течения Прандтля с учетом взаимодействия основного потока с теплоносителем, находящимся в лунке. При этом предположил, что только пограничный слой взаимодействует с теплоносителем в лунке. На основании этого автор предложил алгоритм, который позволяет при разных скоростях течения теплоносителя опре- 2 делить тепловые выбросы из лунки в ядро потока, а также аэродинамические характеристики потока на выходе из лунки.

Указанный алгоритм лег в основу модели теплообмена, в которой каждая лунка — это источник теплового выброса. Верификация «источникового» подхода выполнена автором в программном комплексе «РНОЕХ1СБ» с помощью модели, учитывающей реаль- ную геометрию овальных лунок. В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований теплообмена на поверхностях с лунками в виде шаровых сегментов. Приведены обобщающие зависимости, полученные на основе собственных исследований и экспериментальных данных других авторов. Показан эффект интенсификации теплообмена не за счет приращения площади овальных лу- нок, а за счет их параметров и плотности расположения.

В четвертой главе приведены результаты расчета коэффициента тепло- отдачи для каналов, стенки которых профилированы овальными лунками, лунками в виде шаровых сегментов и овальными выступами. Проведенный автором анализ результатов двух вариантов расчета коэффициентов теплоотдачи, при разных скоростях набегающего потока, показал, что данные, полученные с помощью «источникового» подхода, отличаются от данных полученных с учетом реальной геометрии овальных лунок не более чем на 5 '.4.

В этой же главе автор показал, что в исследованном диапазоне скоростей (1-15 м/с) поверхность с овальными лунками имеет большую эффективность по теплоотдаче в 1,3-1,5 раза по сравнению с гладкой поверхностью и в 1.3 раза по сравнению с поверхностью с шаровыми сегментами. Эти результаты качественно согласуются с результатами ранних исследований других авто- ров.

В пятой главе представлено сравнение работы разных теплообменников в системе приточно-вытяжной вентиляции здания. Показано преимущество теплообменников с овальными лунками по сравнению со стандартными теплообменниками «Ноча1» по всем критериям эффективности (критерию Кирпичева, критерию тепловой эффективности и коэффициенту компактности). 3, Нпучная новизна 1.

Получены результаты натурного и численного экспериментов, отражающие особенности поведения потока при его взаимодействии с одиночной овальной лункой, расположенной на обогреваемой нижней поверхности пря- 3 моугольного канала под углом 45' к набегающему потоку. Исследования выполнены при разных скоростях набегающего потока и глубинах овальных лунок. 2. Разработана физическая модель, впервые описывающая механизм интенсификации теплообмена, основанный на постоянных (а не периодических) выбросах нагреваемого теплоносителя из овальной лунки в ядро пото- ка.

3. На основе физической модели разработан метод, позволяющий определить величину локальных выбросов нагреваемого теплоносителя из овальной лунки в ядро потока, который может быть использован при определении коэффициента теплоотдачи для других типов лунок. 4. Получены результаты обработки экспериментальных данных, отражающие особенности теплоотдачи на поверхностях, содержащих углубления в виде шаровых сегментов или овальных лунок с острыми кромками или выступы той же формы с разной плотностью их расположения. 5. Выявлен эффект повышения коэффициента теплоотдачи при применении овальных лунок (ОЛ) вместо интенсификаторов в виде шаровых сегментов (ШС) и фирмы «Ноъа1» в исследованном диапазоне режимных и геометрических параметров. Доказана возможность повышения эффективности пластинчатого теплоутилизатора посредством интенсификации теплообмена на поверхности с ОЛ.

4. Достоверность Достоверность полученных результатов основывается на корректном использовании фундаментальных систем уравнений сохранения энергии и массы, удовлетворительной согласованностью расчетных и эксперименталь- ных данных, применением современных экспериментальных методик и вычислительных комплексов, а также удовлетворительным согласованием результатов исследования с результатами других авторов. 5.

Драктическпл пенность Сопоставительный анализ пластинчатых тепло утилизаторов с поверхностью пластин, выполненной с овальными лунками со схожими по массогабаритным характеристикам теплообменными аппаратами, представленными иа рынке и используемыми в системе вентиляции для утилизации теплоты газо-воздушных выбросов в атмосферу, показал преимущество первых над вторыми в передаваемой тепловой мощности (10-25;4). Расчеты показывают, что при расходе воздуха 16500 м /ч по притоку и 14000 м /ч по вытяжке че- 3 3 рез один теплообменник (при общем их числе 7 штук), экономический эффект составит около 480 тыс.

руб/год. Результаты работы могут быть рекомендованы к использованию в системах вентиляции промышленных и бытовых зданий с целью повышения их энергетической эффективности. Более того, часть данных может быть использована в дальнейших исследованиях теплообмена на поверхностях с ОЛ при получении эмпирических формул, учи- тывающих иные параметры, ориентацию и плотность расположения интенсификаторов теплообмена, значимых для других областей промышленной теплоэнергетики. 6. Апробация работы и публикации Материалы диссертации опубликованы в 12 работах (3 в изданиях рекомендуемых БАК), отражающих основное содержание диссертации.