Підвищення продуктивності птахофабрик пов’язане з необхідністю створення оптимального регульованого мікроклімату в пташниках. Ця проблема набуває першочергового значення у зв’язку зі зниженням продуктивності птахівництва через недосконалість існуючих систем. Метою дослідження була розробка та чисельне моделювання кожухотрубного теплообмінника нової конструкції для охолодження припливного повітря як елемента системи кондиціонування повітря, що використовується в системах вентиляції різних типів у літній період року. Для моделювання гідродинамічних процесів та процесів теплообміну в каналах з компактно розташованими трубами у пучку було застосоване CFD-моделювання з використанням програмного забезпечення ANSYS Fluent. Розглянуто два типи вентиляційних систем, а саме тунельну та бокову. Для них розроблені теплообмінники, призначені для охолодження повітря, що надходить у літню пору року. У бічних стінах були влаштовані автоматичні припливні клапани загальною кількістю 80 штук розміром 0,3×0,85 м. Крім того, на передніх торцевих стінках розташовувалися системи випарного охолодження 5,3 × 1,1 м. Проведено чисельне моделювання гідродинаміки і теплопереносу, а також аналіз роботи теплообмінників двох різних конструкцій для тунельної та бічної вентиляції. Отримано поля швидкостей, температур і тисків у досліджуваних каналах. Проаналізовано умови гідродинамічної течії в каналах теплообмінників. У випадку з тунельною системою вентиляції перепад тиску дорівнює 991 Па, що в 3,3 рази менше порівняно з системою бічної вентиляції. Температура на виході становить +23 ℃, що відповідає вимогам проєктування. Основним недоліком є фінансові затрати для придбання, порізку труб і власне, їх зварювання. З метою забезпечення нормованих умов повітряного середовища в пташнику з урахуванням усіх аспектів техніко-економічного аналізу запропоновано вибрати теплообмінник для системи тунельної вентиляції. На практиці такі теплообмінні апарати можуть використовуватись не лише у системах мікроклімату пташників, але також і в промисловій, енергетичній галузі та об’єктах критичної інфраструктури
автоматичні припливні клапани, Computational Fluid Dynamics, птахоферма, тунельна вентиляція, бокова вентиляція
[1] Abbasi, H.R., Sadeh, E.S., Pourrahmani, H., & Mohammadi, M.H. (2020). Shape optimization of segmental porous baffles for enhanced thermo-hydraulic performance of shell-and-tube heat exchanger. Applied Thermal Engineering, 180, article number 115835. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2020.115835.
[2] Ambekar, A.S., Sivakumar, R., Anantharaman, N., & Vivekenandan, M. (2016). CFD simulation study of shell and tube heat exchangers with different baffle segment configurations. Applied Thermal Engineering, 108, 999-1007. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2016.08.013.
[3] ANSYS. Fluent theory guide. Release 18.2. (2017). Retrieved from https://www.luis.uni-hannover.de/fileadmin/software-lizenzen/Ueberlassung/ANSYS18.2_ReleaseNotes.pdf.
[4] Bahiraei, M., Naseri, M., & Monavari, A. (2021). A CFD study on thermohydraulic characteristics of a nanofluid in a shell-and-tube heat exchanger fitted with new unilateral ladder type helical baffles. International Communications in Heat and Mass Transfer, 124, article number 105248. doi: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105248.
[5] Bayram, H., & Sevilgen, G. (2017). Numerical investigation of the effect of variable baffle spacing on the thermal performance of a shell and tube heat exchanger. Energies, 10(8), article number 1156. doi: 10.3390/en10081156.
[6] Biçer, N., Engin, T., Yaşar, H., Büyükkaya, E., Aydın, A., & Topuz, A. (2020). Design optimization of a shell-and-tube heat exchanger with novel three-zonal baffle by using CFD and taguchi method. International Journal of Thermal Sciences, 155, article number 106417. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2020.106417.
[7] Blanes-Vidal, V., Guijarro, E., Balasch, S., & Torres, A.G. (2008). Application of computational fluid dynamics to the prediction of airflow in a mechanically ventilated commercial poultry building. Biosystems Engineering, 100(1), 105-116. doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2008.02.004.
[8] Bustamante, E., Calvet, S., Estelles, F., Torres, A.G., & Hospitaler, A. (2017). Measurement and numerical simulation of single-sided mechanical ventilation in broiler houses. Biosystems Engineering, 160, 55-68. doi: 10.1016/j.biosystemseng.2017.05.009.
[9] Caputo, A.C., Federici, A., Pelagagge, P.M., & Salini, P. (2022). On the selection of design methodology for shell-and-tube heat exchangers optimization problems. Thermal Science and Engineering Progress, 34, article number 101384. doi: 10.1016/j.tsep.2022.101384.
[10] El Maakoul, A., Laknizi, A., Saadeddine, S., El Metoui, M., Zaite, A., Meziane, M., & Ben Abdellah, A. (2016). Numerical comparison of shell-side performance for shell and tube heat exchangers with trefoil-hole, helical and segmental baffles. Applied Thermal Engineering, 109, 175-185. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2016.08.067.
[11] Gorobets, V., Trokhaniak, V., Bohdan, Y., & Antypov, I. (2021). Numerical modeling of heat transfer and hydrodynamics in compact shifted arrangement small diameter tube bundles. Journal of Applied and Computational Mechanics, 7(1), 292-301. doi: 10.22055/JACM.2020.31007.1855.
[12] Gorobets, V., V.G., Trokhaniak, V.I., Rogovskii, I.L., Titova, L.L., Lendiel, T.I., Dudnyk, A.O., & Masiuk, M.Y. (2018). The numerical simulation of hydrodynamics and mass transfer processes for ventilating system effective location. INMATEH: Agricultural Engineering, 56(3), 185-192.
[13] Khmelnik, S.I. (2021). Navier-Stokes equations. On the existence and the search method for global solutions. Bene-Ayish: MiC.
[14] Kim, G.W., Lim, H.M., & Rhee, G.H. (2016). Numerical studies of heat transfer enhancement by cross-cut flow control in wavy fin heat exchangers. International Journal of Heat and Mass Transfer, 96, 110-117. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.01.023.
[15] Leoni, G.B., Klein, T.S., & Medronho, R.D. (2017). Assessment with computational fluid dynamics of the effects of baffle clearances on the shell side flow in a shell and tube heat exchanger. Applied Thermal Engineering, 112, 497-506. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2016.10.097.
[16] Ling, Z.Y., He, Z.B., Xu, T., Fang, X.M., Gao, X.N., & Zhang, Z.G. (2017). Experimental and numerical investigation on non-newtonian nanofluids flowing in shell side of helical baffled heat exchanger combined with elliptic tubes. Applied Sciences-Basel, 7(1), article number 48. doi: 10.3390/app7010048.
[17] Mellal, M., Benzeguir, R., Sahel, D., & Ameur, H. (2017). Hydro-thermal shell-side performance evaluation of a shell and tube heat exchanger under different baffle arrangement and orientation. International Journal of Thermal Sciences, 121, 138-149. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2017.07.011.
[18] Pal, E., Kumar, I., Joshi, J.B., & Maheshwari, N.K. (2016). CFD simulations of shell-side flow in a shell-and-tube type heat exchanger with and without baffles. Chemical Engineering Science, 143, 314-340. doi: 0.1016/j.ces.2016.01.011.
[19] Shahril, S.M., Quadir, G.A., Amin, N.A.M., & Badruddin, I.A. (2017). Thermo hydraulic performance analysis of a shell-and-double concentric tube heat exchanger using CFD. International Journal of Heat and Mass Transfer, 105, 781-798. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.10.021.
[20] Thakre, P.B., & Pachghare, P.R. (2017). Performance analysis on compact heat exchanger. Materials Today-Proceedings, 4(8), 8447-8453. doi: 10.1016/j.matpr.2017.07.190.
[21] Yang, Z., Ma, Y., Zhang, N., & Smith, R. (2020). Design optimization of shell and tube heat exchangers sizing with heat transfer enhancement. Computers & Chemical Engineering, 137, article number 106821. doi: 10.1016/j.compchemeng.2020.106821.
[22] Zajicek, M., & Kic, P. (2012). Improvement of the broiler house ventilation using the CFD simulation. Agronomy Research, 10(1), 235-242.