Ключевые слова
вихревой аппарат
закрутка потока
испарительное охлаждение
теплопередача
число Нуссельта
число Рейнольдса
мокрая газоочистка
Как цитировать
Аннотация
В статье представлены результаты комплексного экспериментального исследования интенсификации контактного теплообмена при непосредственном взаимодействии потоков горячей воды и воздуха в вихревом аппарате. Актуальность работы обусловлена возрастающими требованиями к энергоэффективности, снижению эксплуатационных затрат и повышению экологической безопасности теплотехнических и газо-очистных систем в условиях ужесточения природоохранных нормативов и перехода промышленности к устойчивому развитию. Цель исследования заключается в установлении количественных закономерностей влияния гидродинамических параметров, отношения массовых расходов фаз и интен-сивности закрутки потоков на коэффициент теплоотдачи, тепловую мощность и общую эффективность аппарата.
Разработана и реализована экспериментальная установка с тангенциальным вводом газа и жидкости, обеспечивающим формирование устойчи-вого вихревого режима, развитой межфазной поверхности контакта и повышенного уровня турбулентности. Обработка результатов выполнена на основе критериев подобия Нуссельта и Рейнольдса, а также уравнения теплового баланса с учетом процессов испарения, конденсации и изменения влагосодержания воздуха. Эксперименты проведены в широком диапазоне чисел Рейнольдса и значений L/G, что позволило выявить устойчивые тен-денции изменения теплопередачи и оценить вклад каждого параметра в общий тепловой эффект.
Установлено, что увеличение числа Рейнольдса газа от 45360 до 97253 сопровождается ростом числа Нуссельта от 2300 до 15700, что свиде-тельствует о существенном повышении турбулентности и интенсивности обновления межфазной поверхности. Повышение плотности орошения
дополнительно усиливает теплообмен за счет диспергирования жидкости и увеличения площади контакта фаз. Научная новизна работы состо-ит в экспериментальном подтверждении комплексного влияния закрутки потоков на сопряженные процессы тепломассопереноса и тепловую эффективность вихревого аппарата. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании энергоэффективных вихревых теплообменников и аппаратов мокрой газоочистки нового поколения, а также при модернизации действующих промышленных установок.
Список литературы
1.Bakhronov, H. Sh., Levdansky, A. E., & Akhmatov, A. A. (2023). Efficiency of using vortex devices for carrying out hydrodynamic, heat and mass transfer processes [Monograph, 210 pp.]. Navoi: Science Algorithm Publishing House. ISBN 978‑9910‑774‑52‑2.
2.Akhmatov, A. A. (2021). Intensification of mass transfer in the gas–liquid medium of a vortex apparatus. Development of Science, 1, 409–417.
3.Bezrodny, M. K., Goliyad, N. N., Barabash, P. A., & Kostyuk, A. P. (2012). Interphase heat‑and‑mass transfer in a flowing bubbling layer. Thermal Engineering, 59(6), 479–484.
4.Barabash, P., Solomakha, A., & Sereda, V. (2020). Experimental investigation of heat and mass transfer characteristics in direct contact exchanger. International Journal of Heat and Mass Transfer, 162, Article 120359. 1-8.
5.Shilyaev, M. I., & Tolstykh, A. V. (2013). Simulation of heat and mass exchange in foam apparatus at high moisture content in vapor–gas mixture. Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 47(2), 165–174.
6.Lapteva, E. A., & Laptev, A. G. (2016). Models and calculations of the effectiveness of gas and liquid cooling in foam and filter apparatuses. Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 50(4), 430–438.
7.Akhmatov, A. A. (2025). Efficiency of using a hollow apparatus for cooling gases. Journal of Advances in Engineering Technology, 6(18), 10–13.
8.Alekseev, V. V., Lukin, V. O., & Ponikarov, I. I. (2013). Study of hydraulic resistance of a vortex‑type apparatus for complex gas purification. Bulletin of the Kazan Technological University, (7), 529–537.
9.Kharkov, V. V. (2020). Hydrodynamics and heat and mass transfer in a vortex chamber for concentrating thermolabile solutions. Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 53(6), 972-983.
10.Anufriev, I. S., Kuznetsov, G. V., Shadrin, E. Y., Sharypov, O. V., Anikin, Y. A., Dvoynishnikov, S. V., Kulikov, D. V., & Rakhmanov, V. V. (2013). Study of vortex flow structure in a new type of combustion chamber using digital tracer visualization. Izvestiya Tomsk Polytechnic University [Izvestiya TPU], 322(4), 31–35.
11.Skorodumov, A. P., & Shershnev, B. B. (2006). Heat transfer in a smooth pipe with a ribbon swirler. ANSYS Advantage RUS, (2). 41-49.
12.Sarantsev, V. F. (2020). Vortex‑sieve contact device of a heat and mass transfer apparatus (Electronic patent RU200612U1).
13.Karimov, K. (2023). Improvement of heat exchangers and refrigeration machines (Catalog of Abstracts, 1(1), pp. 1–85).
14.Zhu, S., Li, L., Hu, Z., et al. (2024). Investigations of thermohydraulic performance in heat exchanger tube with rectangular vortex generators. Thermal Science, 28(4), 2917–2928.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторское право (c) 2026 Ahmatov, A.A. (Muallif)