ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

В качестве элементов теплообменников в энергоустановках, работающих по органическому циклу Ренкина ОЦР, могут применяться трубные пучки, при этом наружная поверхность трубок омывается горячим (газовым) теплоносителем, а внутри труб протекает рабочее вещество ОЦР. В данной работе проводится численное исследование гидродинамики и теплообмена шахматного пучка труб каплевидной формы при изменяющемся угле атаки набегающего потока в сравнении с трубами круглого сечения того же эквивалентного диаметра. Исследование выполнено для числа Рейнольдса Re = 1,8 × 10³ ~ 9,4 × 10³, продольный и поперечный шаг труб в пучке одинаков и равен 37 мм. Исследованы четыре случая расположения труб с различными углами атаки: 0, 45, 135 и 180 градусов. В статье представлен анализ литературы. Разработана математическая и численная модель для расчета теплообмена и гидродинамики пучка каплевидных труб с помощью программного пакета ANSYS с учетом напряженно-деформированного состояния труб. Представлены корреляции, позволяющие определить средние числа Нуссельта и коэффициента трения для

рассматриваемых пучков в зависимости от числа Рейнольдса и угла атаки. Результаты настоящего исследования показывают, что теплоаэродинамическая эффективность пучка каплевидных труб при нулевом угле атаки примерно в 1,6…,7 раза больше, чем пучка труб круглого сечения.

1. Heat transfer enhancement mechanisms in inline and staggered parallel-plate fin heat exchangers / L.W. Zhang, S. Balachandar, D.K. Tafti, F.M. Najjar // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 1997. – Vol. 40, N 1. – P. 2307–2325. – DOI: 10.1016/S0017-9310(96)00303-1.
2. Chen Y., Fiebig M., Mitra N.K. Heat transfer enhancement of finned oval tubes with staggered punched longitudinal vortex generators // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2000. – Vol. 43, N 1. – P. 417–435. – DOI: 10.1016/S0017-9310(99)00157-X.
3. Nishimura T., Hisayoshi I., Hisashi M. The influence of tube layout on flow and mass transfer characteristics in tube banks in the transitional flow regime // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 1993 – Vol. 36, N 3. – P. 553–563. – DOI: 10.1016/0017-9310(93)80031-O.
4. Lavasani A.M., Bayat H., Maarefdoost T. Experimental study of convective heat transfer from in-line cam shaped tube bank in crossflow // Applied Thermal Engineering. – 2016. – Vol. 65. – P. 85–93. – DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2013.12.078.
5. Toolthaisong S., Kasayapanand N. Effect of attack angles on air side thermal and pressure drop of the cross-flow heat exchangers with staggered tube arrangement // Energy Procedia. – 2013. – Vol. 34. – P. 417–429. – DOI: 10.1016/j.egypro.2013.06.770.
6. Horvat A., Leskovar M., Mavko B. Comparison of heat transfer conditions in tube bundle cross-flow for different tube shapes // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2006. – Vol. 49, N 1. – P. 1027–1038. – DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2005.09.030.
7. Heat transfer characteristics of staggered wing-shaped tubes bundle at different angles of attack / A.E. Sayed, Z.I. Emad, M.M. Osama, A.A. Mohamed // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2014. – Vol. 50, N 8. – P. 1091–1102. – DOI: 10.1007/s00231-014-1323-3.
8. Effect of attack and cone angels on air flow characteristics for staggered wing shaped tubes bundle / A.E. Sayed, Z.I. Emad, M.M. Osama, A.A. Mohamed // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2014. – Vol. 51, N 7. – P. 1001–1016. – DOI: 10.1007/s00231-014-1473-3.
9. Zhukauskas A., Ulinskas R.V. Efficiency parameters of heat transfer in tube banks // Heat Transfer Engineering. – 1985. – Vol. 6, N 1. – P. 19–25. – DOI: 10.1080/01457638508939614.
10. Zhukauskas A. Heat transfer from tubes in cross-flow // Advances in Heat Transfer. – 1972. – Vol. 8. – P. 93–160. – DOI: 10.1016/S0065-2717(08)70038-8.
11.  Deeb R., Sidenkov D.V. Numerical simulation of the heat transfer of staggered drop-shaped tubes bundle // IOP Conference Series: Journal of Physics. – 2019. – Vol. 1359. – P. 012135. – DOI: 10.1088/1742-6596/1359/1/012135.
12. Deeb R., Sidenkov D.V. Investigation of flow characteristics for drop-shaped tubes bundle using Ansys package // 2020 V International Conference on Information Technologies in Engineering Education (Inforino). – Moscow, 2020. – P. 1–5. – DOI: 10.1109/ Inforino48376.2020.9111775.
13. Deeb R., Sidenkov D.V. Calculation of radiation heat transfer in staggered drop-shaped tubes bundle // IOP Conference Series: Journal of Physics. – 2019. – Vol. 1565. – P. 012043. – DOI: 10.1088/1742-6596/1565/1/012043.
14. Дееб Р., Сиденков Д.В. Численное исследование теплообмена и аэродинамики одиночных труб каплевидной формы // Вестник Международной академии холода. –2020. – № 3. – С. 91–99.
15. Deeb R. Effect of longitudinal spacing on the flow and heat transfer for staggered drop-shaped tubes bundle in cross-flow // Physical-Chemical Kinetics in Gas Dynamics. – 2020. – Vol. 21, N 1. – DOI: 10.33257/PhChGD.21.1.878.
16. Терех A.М., Руденко A.И., Жукова Ю.В. Аэродинамическое сопротивление и визуализация течения вокруг одиночных труб каплеобразной формы // Инженерно-физический журнал. – 2013. – Т. 86, № 2. – С. 358–364.
17. Jafari H.H., Dehkordi B.G. Numerical prediction of fluid-elastic instability in normal triangular tube bundles with multiple flexible circular cylinders // Journal of Fluids Engineering. – 2013. – Vol. 135, N 3. – P. 031102. – DOI: 10.1115/1.4023298.
18. Priyank D.P., Karnav N S., Kush V. M., Chetan O.Y. CFD analysis of heat exchanger over a staggered tube bank for different angle arrangement of tube bundles // International Journal of Engineering Research and Technology. – 2013. – Vol. 2. – No. 1. – pp. 2278–0181.
19. Renormalization group modeling and turbulence simulations / S.A. Orszag, V. Yakhot, W.S. Flannery, F. Boysan // Near-Wall Turbulent Flows. – Tempe, AZ, 1993.
20. ANSYS Fluent Reference Guide16.0. – 2015.
21. Цветков Ф.Ф., Керимов Р.В., Величко В.И. Задачник по тепломассообмену. – М.: МЭИ, 2008. – 196 с.
22. Webb R. Performance evaluation criteria for use of enhanced heat transfer surfaces in heat exchanger design // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 1981. – Vol. 24, N 4. – P. 715–726.