Ученые Самарского университета им. Королёва оптимизировали производство техники для аэрокосмической отрасли

Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королёва (Самарский университет им. Королёва) впервые разработали универсальную модель расчета теплообменников пластинчато-ребристого типа. По словам авторов модели, она позволит значительно оптимизировать проектирование и производство теплообменников в авиации, космонавтике, электронике и других отраслях, где используются системы охлаждения и кондиционирования. Исследование опубликовано в журнале Case Studies in Thermal Engineering.

Теплообменные устройства отличаются большим разнообразием внешних форм и еще большим геометрическим разнообразием внутренних поверхностей, разделяющих потоки теплоносителей. Для интенсификации теплопередачи и создания компактных теплообменников широко применяют ребристые поверхности.

Коллектив лаборатории криогенной техники Самарского университета им. Королёва проводит исследования в области разработки и создания компактного теплообменника-регенератора для малоразмерной газотурбинной установки. Ученые столкнулись с трудностями при его проектировании с использованием существующих недостаточно точных расчетных моделей, описывающих процессы теплообмена и движения газовой среды.

Современные пластинчато-ребристые теплообменники можно классифицировать по форме геометрии ребер (плоские ребра, перфорированные ребра, волнообразные ребра и т.д.). В прошлом, корреляционные модели, предложенные некоторыми учеными, были разработаны отдельно для каждого типа геометрии ребра. Однако использование различных моделей не позволяло провести корректное сравнение результатов между собой, тем самым затрудняя выбор рабочих параметров оребреных поверхностей.

"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", — рассказал Дмитрий Угланов, доцент кафедры теплотехники и тепловых двигателей Самарского университета им. Королёва.

По словам авторов, ими разработана новая обобщенная модель коэффициента теплопередачи j (величина, которая показывает, какое количество теплоты переходит в единицу времени от более нагретого к менее нагретому теплоносителю) и коэффициента трения f (величина, 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 летательных аппаратов и космических аппаратов.