energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2016-59-4-353-361energy-1021Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGКОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН В ЦИКЛОННЫХ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫХ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХCONVECTIVE HEAT TRANSFER IN CYCLONE DEVICE WITH EXTERNAL GAS RECIRCULATIONКарповС. В.KarpovS. V.

Адрес для переписки: Карпов Сергей Васильевич – Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова, наб. Северной Двины, 17, 163002, г. Архангельск, Российская Федерация  Тел.: +7921 679-96-41 s.karpov@narfu.ru

Address for correspondence: Karpov Sergiey V. M. V. Lomonosov – Northern (Arctic) Federal University, 17 Northern Dvina Embankment, 163002, Arkhangelsk, Russian Federation  Tel.: +7921 679-96-41 s.karpov@narfu.ru

s.karpov@narfu.ruЗагоскинА. А.ZagoskinA. A.s.karpov@narfu.ruСеверный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова, АрхангельскРоссияM. V. Lomonosov Northern (Arctic) Federal University, ArkhangelskRussian Federation201609082016594353361Copyright © Карпов С.В., Загоскин А.А., 20162016Карпов С.В., Загоскин А.А.Karpov S.V., Zagoskin A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1021

Настоящая работа посвящена исследованию конвективного теплообмена пустотелого цилиндра или садки из нескольких заготовок, загруженных в циклонное устройство с новым принципом организации внешней рециркуляции газов. При этом транспортировка теплоносителя с боковой поверхности камеры, где температура его наиболее высокая, в приосевую область осуществляется за счет перепада давления между пристенной и приосевой зонами циклонного потока. Выполнен анализ зависимостей средних и локальных коэффициентов теплоотдачи от режимных и геометрических параметров, предложены обобщающие уравнения подобия для их расчета. Показано, что в случае загрузки циклонной камеры садкой из нескольких заготовок использование рассматриваемой схемы внешней рециркуляции из-за особенностей аэродинамики практически не приводит к заметному изменению интенсивности конвективного теплообмена. В работе использовались как экспериментальные данные, так и результаты численного моделирования, полученные с помощью платформы OpenFOAM. Выполненные исследования позволят расширить область применения циклонных нагревательных устройств.

The article considers the convective heat transfer on the surface of a hollow cylinder or several billets in a cyclone device with the new principle of external gas recirculation. According to this principle, transport of coolant from the lateral surface of the chamber, where the temperature is the highest, in the axial region is being fulfilled due to the pressure drop between the wall and axial areas of cyclonic flow. Dependency analysis of average and local heat transfer coefficients from operational and geometrical parameters has been performed; the generalized similarity equations for the calculation of the latter have been suggested. It is demonstrated that in case of download of a cyclone chamber with several billets, the use of the considered scheme of the external recirculation due to the specific characteristics of aerodynamics practically does not lead to noticeable changes in the intensity of convective heat transfer. Both experimental data and the numerical simulation results obtained with the use of OpenFOAM platform were used in the work. The investigations fulfilled will expand the area of the use of cyclone heating devices.

циклонная камеравнешняя рециркуляцияконвективный теплообменcyclone deviceexternal gas recirculationconvective heat transferReferencesЗагоскин, А. А. Экспериментальное исследование конвективного теплообмена пустотелого цилиндра в циклонном рециркуляционном устройстве / А. А. Загоскин, С. В. Карпов // Вестник Череповецкого государственного университета. 2015. № 2 (63). С. 9–14.Zagoskin A. A., Karpov S. V. (2015) Experimental Investigation of Convective Heat Transfer of a Hollow Cylinder in Cyclone Device with External Recirculation. Vestnik Cherepovetskogo Gosudarstvennogo Universiteta [Bulletin of the Cherepovets State University], 63 (2), 9–14 (in Russian).Сабуров, Э. Н. Циклонные нагревательные устройства с интенсифицированным конвективным теплообменом / Э. Н. Сабуров. Архангельск: Сев.-Зап. кн. изд-во, 1995. 341 c.Saburov E. N. (1995) Cyclone Heating Devices with Intensified Convective Heat Transfer.Arkhangelsk, North-West Publ. 341 (in Russian).Обтекание и теплоотдача группы цилиндров, расположенных симметрично относительно оси циклонного потока / Ю. Л. Леухин [и др.] // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2008. № 11–12. С. 48–60.Leuhin Yu. L., Saburov E. N., Usachev I. A., Garen V. (2008) Flow and Heat Transfer of a Group of Cylinders Arranged Symmetrically About the Axis of the Cyclone Flow. Izvestiia Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Problemy Energetiki [Proc. of Higher Schools. Problems of Power Engineering], (11–12), 48–60 (in Russian).Карпов, С. В. Высокоэффективные циклонные устройства для очистки и теплового использования газовых выбросов / С. В. Карпов, Э. Н. Сабуров; под ред. Э. Н. Сабурова. Архангельск: Изд-во АГТУ, 2002. 504 c.Karpov S. V., Saburov E. N. (2002) High Efficiency Cyclone Device for Cleaning Gas and Heat Recovery. Arkhangelsk: ASTU. 504 (in Russian).Карпов, С. В. К методике аэродинамического расчета циклонных устройств с внешней рециркуляцией газов / С. В. Карпов, А. А. Загоскин // Вестник Череповецкого государственного университета. 2014. № 3 (56). С. 8–12.Karpov S. V., Zagoskin A. A. (2014) Towards the Method of Calculating the Aerodynamic Cyclone Device with External Recirculation. Vestnik Cherepovetskogo Gosudarstvennogo Universiteta [Bulletin of the Cherepovets State University], 3 (56), 8–12 (in Russian).Пуговкин, А. У. Рециркуляционные пламенные печи в машиностроении / А. У. Пуговкин. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987. 158 c.Pugovkin A. U. (1987) Flaming Furnace with External Gas Recirculation. Leningrad, Mashinostroenie. 158 (in Russian).Карпов, С. В. Конвективный теплообмен в циклонной загруженной камере / С. В. Карпов, Э. Н. Сабуров // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 1993. № 1–2. С. 80–84.Karpov S. V., Saburov E. N. (1993) Convective Heat Transfer in Cyclone Device. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Obedinenii SNG [Energetika. Proc. CIS Higher Educ. Inst. and Power Eng. Assoc.], 1–2, 80–84 (in Russian).Карпов, С. В. Аэродинамика и конвективный теплообмен в циклонной камере при близких к предельным условиях ввода и вывода газов / С. В. Карпов, Э. Н. Сабуров, А. В. Быков // Вестник Череповецкого государственного университета. 2007. № 3 (14). С. 127–134.Karpov S. V., Saburov E. N., Bykov A. V. (2007) Aerodynamics and Convective Heat Transfer in Cyclone Chamber under Conditions of Input and Output Gases that Are Close to the Limiting Onest. Vestnik Cherepovetskogo Gosudarstvennogo Universiteta [Bulletin of the Cherepovets State University], 14 (3), 127–134 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.