Определение рациональных компоновочных решений для аппарата воздушного охлаждения масла систем смазки компрессорных установок с использованием методов физического и численного моделирования

С помощью методов численного моделирования исследованы тепло- и гидравлические параметры аппаратов воздушного охлаждения масла (АВОМ) при изменении геометрии проточной части для снижения аэродинамического сопротивления воздушного тракта АВОМ и повышения эффективности охлаждения масла. Для этого на основе методов численного моделирования конвективного теплообмена разработана и апробирована методика расчетов, применимая к широкому классу теплообменных аппаратов, в том числе состоящих из секций оребренных плоских труб, полученных методом экструзии с последующей обработкой методом деформирующего резания. Отличительной особенностью методики является представление оребренной части теплопередающей поверхности в виде пористых вставок. Разработанная методика позволяет уменьшить требования к оборудованию для численного моделирования и снизить время расчетов. Результаты численного моделирования хорошо согласуются с результатами эксперимента; их анализ показывает, что тепловая мощность маслоохладителя вследствие выявленных конструктивных недостатков воздушного тракта АВОМ на 19 % меньше проектного значения. На основе численных исследований выработан ряд рекомендаций по дальнейшему совершенствованию компоновочных решений для аппарата воздушного охлаждения масла с целью повышения его тепловой эффективности и аэродинамического совершенства. В частности, предложено установить новые лопатки вентиляторов для повышения их производительности; изменить конструкцию выходного воздушного клапана (жалюзи), исключив перегородку, частично затеняющую проходное сечение нижнего вентилятора; изменить форму нижнего коллектора маслоохладителя с целью обеспечения равномерного профиля скорости на входе в охлаждающие секции. Перспективным техническим решением, приводящим к увеличению общей производительности маслоохладителя, может быть последовательная схема подключения теплообменных секций. Эффективность всех предложенных технических решений может быть оценена с помощью методов численного моделирования, без создания дорогостоящей пилотной установки.

1. Попов, И.А. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена: интенсификация теплообмена / И.А. Попов, Х.М. Махянов, В.М. Гуреев; под общ. ред. Ю.Ф. Гортышова. – Казань: Центр инновац. технологий, 2009. – 560 с.

2. Перспективные методы интенсификации теплообмена для теплоэнергетического оборудования / И. А. Попов [и др.] // Энергетика Татарстана. – 2011. – № 1. – С. 25–29.

3. Экспериментальное исследование теплогидравлических характеристик оребренных плоских труб аппарата воздушного охлаждения масла / С.В. Тиунов [и др.] // Вестн. Казан. гос. техн. ун-та им. А.Н. Туполева. – 2019. – Т. 75, №3. – С. 10–15.

4. Скрыпник, А.Н. Экспериментальное исследование теплогидравлических характеристик оребренных плоских труб аппарата воздушного охлаждения масла / А. Н. Скрыпник // Труды XXIV Международной молодежной научной конференции «Туполевские чтения». – Казань: изд-во ИП А. Р. Сагиева. – 2019. – Т. 2. – С. 277–281.

5. Экспериментальное исследование характеристик оребренных плоских труб / Г.С. Маршалова [и др.] // Будущее машиностроения России: тр. 12-й Всерос. конф. молодых ученых и специалистов с междунар. участием. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019. – С. 532–536.

6. Якубович, А. И. К вопросу расчета поверхности охлаждения многорядных радиаторов тракторов «Беларус» / А. И. Якубович, В.Е. Тарасенко // Вестн. ГГТУ им. П.О. Сухого. – 2010. – № 2. – С. 49–58.

7. Маршалова, Г.С. Использование методов численного моделирования для расчета радиатора охлаждения транспортных средств / Г.С. Маршалова, Т.А. Баранова, А.Д. Чорный // Труды XXIV Международной молодежной научной конференции «Туполевские чтения». – Казань: изд-во ИП А. Р. Сагиева. – 2019. – Т. 2. – С. 252–256.

8. Хабибуллин, И.И. Интенсификация тепломассообмена в аппаратах воздушного охлаждения / И.И. Хабибуллин, Р.М. Низамутдинов, Р.Г. Кадыров // Вестн. Казан. гос. техн. ун-та им. А.Н. Туполева. – 2018. – Т. 74, №4. – С. 55–60.

9. Аппараты воздушного охлаждения масла для компрессорных установок. Повышение эффективности / Р. Г. Кадыров [и др.] // Компрессорная техника и пневматика. – 2019. – №1. – С. 35–42.

10. Численное моделирование процессов теплообмена в аппарате воздушного охлаждения масла / И. И. Хабибуллин [и др.] // Газовая пром-сть. – 2019. – №2. – С. 84–90.

11. Экспериментальное исследование теплогидравлических характеристик оребренных плоских труб аппарата воздушного охлаждения масла / С.В. Тиунов [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. – 2020. – Т. 63, №2. – С. 138–151. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-2-138-150

12. Menter, F.R. Zonal two equation k-w turbulence models for aerodynamic flows / F. R. Menter // 23rd Fluid Dynamics, Plasmadynamics, and Lasers Conference, 1993. – №2906. – P. 1–21. https://doi.org/10.2514/6.1993-2906.