Resumen y métodos numéricos de intercambiadores de calor tipo raspador para enfriar fluidos newtonianos y mejorar las características de transferencia de calor de los fluidos newtonianos

Resumen: los intercambiadores de calor tipo raspador se pueden utilizar para calentar o enfriar líquidos de alta viscosidad, sensibilidad térmica y fácil depósito, la velocidad a la que el líquido entra en el intercambiador de calor, la velocidad del eje principal, la forma y cantidad de la hoja y los principales parámetros que afectan el rendimiento de transferencia de calor del intercambiador de calor, Como el flujo aplicado al intercambiador de calor (fijo o variable), este estudio tiene como objetivo identificar los parámetros relevantes que afectan la eficiencia de intercambio de calor del intercambiador de calor tipo raspador (sshe) y determinar su importancia para facilitar la aplicación del intercambiador de calor tipo raspador a diversas otras ocasiones. Sobre la base de una revisión exhaustiva del trabajo anterior, esta tesis realiza un estudio numérico del intercambiador de calor, revelando su rendimiento en el modo de enfriamiento. Los resultados de la investigación muestran que entre los parámetros estudiados, la velocidad del rotor es el parámetro más eficaz, y aumentar la velocidad de rotación puede mejorar significativamente el rendimiento de transferencia de calor del fluido supercrítico.

Palabra clave: intercambiadores de calor de arañazos superficiales (sshe) modo de enfriamiento coeficiente de transferencia de calor convectivo velocidad del estator de Fluido newtoniano flujo de entrada

Un desafío clave para la industria farmacéutica, de procesamiento de alimentos y química es la integración general y la transferencia uniforme de calor de los fluidos involucrados, que son casi todos de alta viscosidad. El intercambiador de calor tipo raspador (sshe) es la mejor solución para completar este trabajo debido a su estructura especial. El intercambiador de calor tipo raspador está compuesto por dos cilindros circulares concéntricos y un eje principal. El fluido de Trabajo está entre dos cilindros. El líquido de alimentación entra por un lado del intercambiador de calor y, después de entrar en contacto con la superficie del cilindro interior, es raspado gradualmente por las hojas y girado hacia la salida. El Movimiento de la hoja no solo evita la deposición de líquido de alimentación, sino que también puede generar turbulencias, transmitiendo así el calor de manera uniforme. En primer lugar, se describe el Mecanismos de transferencia de calor y flujo de fluidos.La presencia de palas en el espacio anular hace que el flujo de fluido sea diferente del flujo de kuet - Taylor. Utilizando técnicas electroquímicas, Dumont [2] y mabit [3] estudiaron las tasas de cizallamiento en las paredes del estator y del rotor en sshe. Se dieron cuenta de que la tasa de cizallamiento calculada del interruptor era de 10 a 100 veces mayor que la del flujo de kut. La velocidad de corte en esta área depende en gran medida de la brecha entre la hoja y la pared del estator. La velocidad máxima de Corte se acerca a la punta de la hoja, donde la viscosidad del fluido genera energía térmica. Sun [4] estudió el calor generado por la viscosidad del fluido durante la disipación de energía. Los resultados muestran que la disipación de energía causada por la viscosidad puede cambiar la distribución de la temperatura en el fluido, como benezech. [5] también se afirma que puede funcionar incluso como fuente de calor.

Recientemente, yataghene [6] estableció un modelo bidimensional para estudiar el flujo de fluidos dentro de la sección transversal del intercambiador de calor. Cuando la brecha entre la hoja y el estator es de 130 mm, los resultados numéricos de la velocidad de Corte coinciden bien con los resultados experimentales de dument [7]. El método numérico permite a los investigadores obtener la distribución de la velocidad de corte en la sección transversal del intercambiador de calor.

Otro de los parámetros investigados en el sshe es la distribución del tiempo de estancia (rtd). La RTD es un indicador utilizado para determinar hasta qué punto las partículas pasan por la ruta en condiciones de flujo estables. En los primeros días del campo del sshe, algunos investigadores estudiaron los factores que influyen en el tiempo de mezcla en el sshe. Según estudios anteriores, la velocidad del flujo axial no tiene ningún efecto en la rtd. Además, hasta la fecha no se ha utilizado esta técnica para informar de información importante sobre la estructura del flujo medio del sshe. Con el fin de comprender mejor la estructura de flujo y transferencia de calor dentro del motor de cohete sólido, todo el proceso se estudia sobre la base de la simulación numérica bidimensional. Hasta ahora, se han simulado muchas condiciones de configuración [7 a 11]. El comportamiento de flujo del fluido, la velocidad angular del rotor, el patrón de flujo (laminar o turbulento), el número de hojas y la transferencia de calor en el sshe se analizaron con trommelen [1]. Los estudios de transferencia de calor de sshe suelen centrarse en el establecimiento de relaciones entre Números adimensionales (nusselt, prantel y raynolds). Abichandani [12] revisó completamente el sshe en términos de flujo de fluidos y tipos de tratamiento térmico. Se derivan fórmulas para calcular el coeficiente de transferencia de calor convectivo en diferentes condiciones. Cabe señalar que el flujo de fluidos en el sshe comienza en el flujo laminar hasta el vórtice Taylor laminar, en aproximadamente ta = 60. El tipo de flujo tiene un impacto significativo en el coeficiente de transferencia de calor. Cuando el vórtice de Taylor es laminar, se puede mejorar la transferencia de calor.

Yataghene [13] analizó el flujo de fluidos en el sshe utilizando la visualización experimental (tecnología viv) en geometría simplificada (la hoja se fija al estator) y realizó simulaciones numéricas basadas en el método de volumen limitado (fvm). Recientemente, Russell [14] probó sshe en condiciones de congelación. Los resultados muestran que con el aumento de la velocidad de rotación, la disipación mecánica aumenta significativamente, lo que afecta el equilibrio térmico.

Bozzoli [15] enfatizó la importancia del coeficiente de transferencia de calor convectivo; En cualquier caso, mediante la rotación de las palas y la mezcla inversa, se puede aumentar el coeficiente de transferencia de calor mediante la mezcla de fluidos en la capa límite [16,17]. A veces, se pueden explicar patrones de flujo complejos en sshe a través de la relación entre los números de Reynolds radiales y axiales. Este complejo flujo afecta a diferentes factores de diseño, como el diseño de la forma de la hoja, la entrada y las características del fluido [18].

Un método simple y práctico es obtener el coeficiente de transferencia de calor externo a través de la tecnología de gráfico Wilson [19]. En esta técnica, la estimación del coeficiente de transferencia de calor no depende en gran medida de la velocidad del fluido [20]. Estimar la resistencia térmica total de la transferencia de calor entre paredes y paredes utilizando un gráfico lineal [21]. La verificación de este proceso muestra que los números nussel y Renault son casi independientes [22]. Khartabil y chisistense [22] realizaron más investigaciones sobre la base de la regresión no lineal, y styrylska y lechowska [23] generaron gráficos Wilson basados en análisis de regresión no lineal. Los resultados de esta hipótesis muestran que el coeficiente de transferencia de calor de todo el proceso es constante. Pero también hay otras hipótesis, algunos de los parámetros ignorados deberían considerarse y estimar su impacto.