МОДЕЛЮВАННЯ ГІДРОДИНАМІКИ ТА ТЕПЛООБМІНУ СПІРАЛЬНО-КАПСУЛЬНОГО ТЕПЛОАКУМУЛЯТОРУ ДЛЯ ТЕПЛОВОЇ ПІДГОТОВКИ АВТОМОБІЛЬНИХ ДВИГУНІВ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ ЗАСОБАМИ CAE-СИСТЕМ

Анотація

У роботі наведено результати чисельного моделювання гідродинамічних та теплообмінних процесів, що відбуваються у спірально-капсульному теплоакумуляторі, призначеному для теплової підготовки автомобільних двигунів внутрішнього згоряння. Метою дослідження є аналіз характеру руху теплоносія у спіральних каналах теплоакумулятора, визначення просторової нерівномірності температурного поля, визначення часу фазового переходу а також оцінювання ефективності тепловіддачі від акумулюючого матеріалу до робочої рідини. Чисельні розрахунки виконано з використанням методів обчислювальної гідродинаміки (CAE/CFD) на основі методу скінченних об’ємів. Для опису турбулентних режимів течії теплоносія застосовано k–ε модель турбулентності, що забезпечує прийнятний компроміс між точністю розрахунків і обчислювальними витратами. Моделювання враховує складну геометрію спірально-капсульної структури теплоакумулятора, умови теплообміну між теплоносієм, корпусом та акумулюючим середовищем, фазовий перехід в теплоакумулюючому матеріалі, а також граничні умови циркуляції під час режиму тепловіддачі. За результатами розрахунків встановлено час фазового переходу, теплове навантаження, наявність зон нерівномірного розподілу швидкостей та температури. Виявлено, що нерівномірність прогріву окремих капсульних елементів може досягати 15–25 °С, що суттєво впливає на ефективність використання накопиченої теплової енергії. Проведене дослідження підтверджує доцільність застосування CAE/CFD-моделювання як ефективного інструменту для аналізу та оптимізації конструкції теплоакумуляторів різних типів. Отримані результати можуть бути використані для вдосконалення геометрії каналів, підвищення рівномірності тепловіддачі та скорочення часу теплової підготовки двигуна внутрішнього згоряння, а також для подальшої розробки інтегрованих моделей систем накопичення та використання теплової енергії у транспортних засобах.