Анализ эмпирических данных при выравнивании температурного поля стенок каналов с использованием оребрения переменной высоты

Денис Базыкин; Сергей Дахин

doi:10.34031/ES.2025.3.08

Авторы

Базыкин Денис Александрович Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный технический университет» (ВГТУ), г. Воронеж
Дахин Сергей Викторович Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный технический университет» (ВГТУ), г. Воронеж

DOI:

https://doi.org/10.34031/ES.2025.3.08

Ключевые слова:

термоэлектрические генераторные модули, выравнивание температуры, повышение производительности, оребрение переменной высоты, сжатый воздух, экспериментальные исследования

Аннотация

Рассмотрены результаты экспериментальных исследований, проведенных для подтверждения работоспособности метода повышения эффективности генерации электрической энергии термоэлектрической генераторной установкой путем интенсификации теплопередачи между каналами прямоугольного сечения за счет применения в их внутренней полости оребрения переменной высоты. В статье имеются сведения о методике проведения двух этапов экспериментальных исследований. Доказано, что использование продольного оребрения переменной высоты приводит к выравниванию температурного поля стенки каналов, контактирующих с термоэлектрическими генераторными модулями, что способствуют увеличению их производительности. Представлены полученные в результате систематизации экспериментальных данных эмпирические графические зависимости, на основании которых можно судить о величине температуры потоков рабочего тела – воздуха, изменения температуры контактирующей стенки по ходу движения холодного и горячего потоков воздуха, поступающих из вихревой трубы, при базовых и оребренных каналах. На основании полученных графиков сделан вывод о том, что при реализации оребрения переменной высоты максимальная разность температур стенки между входной и выходной точками над термоэлектрическими генераторными модулями составляет – для канала холодного потока от 3,8 до 1,5 °С, для канала горячего потока – от 3,3 до 2,1 °С, что свидетельствует о выравнивании температуры между указанными точками. Также показана графическая зависимость, свидетельствующая о повышении производительности термоэлектрической генераторной установки в результате применения указанного метода в широком диапазоне изменения давления рабочего тела.

Библиографические ссылки

[ГОСТ Р 7.0.5–2008]

1. Леонтьев А.И., Онищенко Д.О., Арутюнян Г.А. Выбор оптимального метода интенсификации теплообмена для повышения эффективности термоэлектрического генератора // Теплофизика и аэромеханика. – 2016. – Т. 23, № 5. – С. 779-787.
EDN: WWDCPF (https://www.elibrary.ru/wwdcpf)

2. Виноградов С.В., Хоанг Ч.Х. Повышение эффективности работы термоэлектрического генератора за счет интенсификации теплообмена // 62-я Межд. научная конф. Астраханского государственного технического университета: мат-лы конф. – Астрахань: АГТУ, 2018. – С. 183.
EDN: XZFNWH (https://www.elibrary.ru/xzfnwh)

3. Базыкин Д.А., Дахин С.В., Бараков А.В. Экспериментальное исследование методов повышения эффективности термоэлектрической генераторной установки // Промышленная энергетика. – 2024. – № 3. – С. 24-30.
EDN: MBOLKI (https://www.elibrary.ru/mbolki)
DOI: https://doi.org/10.34831/EP.2024.28.76.004

4. Гурин С.В., Соловьев А.А. Исследование возможности получения изотермического процесса при дросселировании в вихревом регуляторе давления газа // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. – 2006. – Т. 8, № 4. – С. 3–6.
EDN: HVHLCV (https://www.elibrary.ru/hvhlcv)

5. Жидков М.А., Жидков Д.А. Повышение энергоэффективности процессов на газорегули¬рую¬щих станциях // Проблемы региональной энергетики. – 2012. – № 2. – С. 66–72.
EDN: PFXHQD (https://www.elibrary.ru/pfxhqd)

6. Ахметов Ю.М., Соловьев А.А., Тарасов А.А., Целищев А.В. Численное моделирование течения газожидкостного потока в вихревой трубе // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. – 2010. – Т. 14, № 1(36). – С. 32–39.
EDN: PWZSQN (https://www.elibrary.ru/pwzsqn)

7. Pathak K.K., Giri A., Lingfa P. A numerical study of natural convective heat transfer from a shrouded vertical variable height non-isothermal fin array // Applied Thermal Engineering. – 2018. – Т. 130. – С. 1310-1318.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.11.120

8. Al-Sarkhi A. Comparison between variable and constant height shrouded fin array subjected to forced convection heat transfer // International communications in heat and mass transfer. – 2005. – Т. 32, №. 3-4. – С. 548-556.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2004.02.017

[References, APA (7th ed.)]

1. Leont'ev, A. I., Onishchenko, D. O. & Arutyunyan, G. A. (2016). Selecting the optimum method of heat transfer intensification to improve efficiency of thermoelectric generator. Thermophysics and Aeromechanics, 23(2), 779-787.
https://doi.org/10.1134/S0869864316050139

2. Vinogradov, S. V. & Hoang, Ch. H. (2018). Povyshenie effektivnosti raboty termoelektricheskogo generatora za schet intensifikacii teploobmena [Improving the efficiency of a thermoelectric generator to account for the intensification of heat exchange]. In Proc. 62-ya Mezhdunarodnaya nauchnaya konferenciya Astrahanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta : materialy konferencii (p. 183). Astrakhan State Technical University.

3. Bazykin, D. A., Dahin, S. V. & Barakov, A. V. (2024). Experimental study of the methods for increasing the efficiency of a thermoelectric generator unit. Promyshlennaya energetika, 3, 24-30.
https://doi.org/10.34831/EP.2024.28.76.004

4. Gurin, S. V. & Solov'ev, A. A. (2006). Issledovanie vozmozhnosti polucheniya izotermicheskogo processa pri drosselirovanii v vihrevom regulyatore davleniya gaza [Investigation of the possibility of obtaining an isothermal process during throttling in a vortex gas pressure regulator]. Vestnik UGATU, 8(4), 3-6.

5. Zhidkov, M. A. & Zhidkov, D. A. (2012). Povyshenie energoeffektivnosti processov na gazoreguliruyushchih stanciyah [Improving the energy efficiency of processes at gas-regulating stations]. Problems of the regional energetics, 2, 66-72.

6. Ahmetov, Yu. M., Solov'ev, A. A., Tarasov, A. A. & Celishchev, A. V. (2010). Chislennoe modelirovanie techeniya gazozhidkostnogo potoka v vihrevoj trube [Numerical modeling of the gas-liquid flow in a vortex tube]. Vestnik Ufimskogo gosudarstvennogo aviacionnogo tekhnicheskogo universiteta, 1(36), 32-39.

7. Pathak, K. K., Giri A. & Lingfa P. (2018). A numerical study of natural convective heat transfer from a shrouded vertical variable height non-isothermal fin array. Applied Thermal Engineering, 130, 1310-1318.
https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.11.120

8. Al-Sarkhi, A. (2005). Comparison between variable and constant height shrouded fin array subjected to forced convection heat transfer. International communications in heat and mass transfer, 32(3 4), 548-556.
https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2004.02.017