Details

Выпускная квалификационная работа посвящена исследованию теплогидравлических процессов в кожухотрубчатых теплообменных аппаратах с пространственно-криволинейной геометрией каналов. Целью работы является численное исследование влияния витых труб на гидродинамические характеристики, интенсивность теплообмена и эффективность теплообменного оборудования. В работе рассмотрены физические основы процессов теплообмена и гидродинамики, проведён анализ методов интенсификации теплообмена и современных подходов к численному моделированию теплообменных аппаратов. Для исследования разработаны геометрические и численные CFD-модели теплообменников с различными вариантами трубного пучка. Численное моделирование выполнено с использованием программного комплекса ANSYS Fluent. По результатам моделирования проведён сравнительный анализ распределений скорости, температуры и турбулентной кинетической энергии, а также интегральных теплогидравлических характеристик исследуемых конструкций. Выполнена верификация результатов путём сопоставления с полуэмпирическими расчётными зависимостями. Дополнительно проведена инженерная технико-экономическая оценка исследуемых теплообменных аппаратов. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании и модернизации кожухотрубчатого теплообменного оборудования в нефтегазовой, нефтехимической и энергетической промышленности. Установлено, что применение витых труб способствует интенсификации теплообмена и повышению компактности аппаратов при изменении гидродинамических характеристик потока.

The graduation qualification work is devoted to the investigation of thermal-hydraulic processes in shell-and-tube heat exchangers with spatially curved channel geometry. The aim of the study is the numerical investigation of the influence of twisted tubes on hydrodynamic characteristics, heat transfer intensity, and the efficiency of heat exchange equipment. The work considers the physical fundamentals of heat transfer and hydrodynamic processes, analyzes methods of heat transfer enhancement and modern approaches to numerical simulation of heat exchangers. Geometric and numerical CFD models of heat exchangers with different tube bundle configurations were developed for the study. Numerical simulations were carried out using the ANSYS Fluent software package. Based on the simulation results, a comparative analysis of velocity, temperature, and turbulent kinetic energy distributions, as well as integral thermal-hydraulic characteristics of the investigated configurations, was performed. Verification of the obtained results was carried out by comparison with semi-empirical calculation correlations. In addition, an engineering techno-economic assessment of the investigated heat exchangers was conducted. The obtained results can be used in the design and modernization of shell-and-tube heat exchange equipment in the oil and gas, petrochemical, and power industries. It was established that the application of twisted tubes contributes to heat transfer enhancement and increased compactness of heat exchangers while altering the hydrodynamic characteristics of the flow.