Результаты упрощенного математического моделирования распределения температуры жидкости в теплообменном канале электронагревателя с внутренним источником теплоты

Abstract

Системы косвенного электрического нагрева сопротивлением относятся к нагревателям с наличием внутренних источников теплоты и широко применяются в сельском хозяйстве для нагрева газообразных и жидких сред. Подобные системы характеризуются недостаточной интенсивностью теплообменных процессов. Это подразумевает большую площадь поверхности теплопередачи и значительные геометрические размеры. Ранее была предпринята попытка решения проблемы повышения эффективности процессов теплопередачи и минимализации геометрических размеров теплообменника. Для этого произведено моделирование теплообменных характеристик и определены геометрические размеры трех теплообменных систем: «труба с внутренними источниками теплоты в диэлектрической трубе», «труба с внутренним источником теплоты – пленка нагреваемой жидкости» и «цилиндрический змеевик – нагреваемая жидкость». Анализ указанных теплообменных систем показал, что наиболее перспективным является теплообменник змеевикового типа. Данная система обладает лучшими теплообменными характеристиками и наиболее компактными размерами. Для подтверждения корректности примененной методики расчета теплообменных и геометрических параметров теплообменника в данной работе реализовано моделирование распределения температуры нагреваемой жидкости в канале змеевикового теплообменника. Проверочные расчеты, проведенные при сформулированных допущениях на примере змеевикового теплообменника, показывают, что методика определения теплообменных и геометрических параметров теплообменников является корректной. В результате моделирования установлено, что погрешность определения требуемой длины канала змеевикового теплообменника, числа витков и высоты змеевика для достижения температуры жидкости на выходе 75°C не превышает 4%. Аналогичный вывод можно сделать и в отношении теплообменников типов «труба с внутренними источниками теплоты – нагреваемая жидкость» и «труба с внутренним источником теплоты – пленка нагреваемой жидкости».