Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королёва разработали универсальную модель расчета теплообменников пластинчато-ребристого типа, которая позволит оптимизировать проектирование и производство теплообменников в авиации, космонавтике, электронике и других отраслях, где используют системы охлаждения.

Исследование опубликовано в журнале Case Studies in Thermal Engineering.

Теплообменные устройства отличаются вариацией большого количества различных внешних форм и большим геометрическим разнообразием внутренних поверхностей. Ребристые поверхности широко применяются в создании компактных теплообменников и для интенсификации теплопередачи.

Ученые Самарского университета им. Королёва проводили исследования в области создания компактного теплообменника-регенератора для малоразмерной газотурбинной разработки. Коллектив лаборатории столкнулся с проблемой при его проектировании из-за существующих недостаточно точных расчетных моделей, описывающих процессы теплообмена и движения газовой среды.

Современные пластинчато-ребристые теплообменники можно классифицировать по форме геометрии ребер. Они могут иметь плоские ребра, перфорированные ребра, волнообразные ребра и т.д. Корреляционные модели, предложенные некоторыми учеными в прошлом, были созданы отдельно для каждого типа геометрии ребра, однако, использование различных моделей не позволяло произвести корректное сравнение результатов.

«Мы проанализировали влияние различных геометрических переменных ребер и режимов течения. Затем на основании проведенного анализа создали новую расчетную модель, включающую в себя функцию, учитывающую параметры трения и теплопередачи» – говорит Дмитрий Угланов, доцент кафедры теплотехники и тепловых двигателей Самарского университета им. Королёва.

Так, учеными была разработана новая обобщенная модель коэффициента теплопередачи j – величин,ы показывающей какое количество теплоты переходит в единицу времени от более нагретого к менее нагретому и коэффициента трения f – величины, которая равна отношению силы трения между двумя телами и силы, прижимающей их друг к другу, во время или в начале скольжения, включая комбинированные геометрические переменные для различных типов ребер. Созданная модель помогает проектировать и анализировать энергетические характеристики теплообменников.

В дальнейшем, по словам авторов, модель будет использована для оптимизации конструкции теплообменного оборудования, используемых на эффективных криогенных энергетических установок и в системах охлаждения, используемых на борту летальных и космических аппаратов.