В статье представлены результаты теоретического и экспериментального исследования газовоздушного охладителя (ГВО) выпускных газов двигателей и котлов судовых энергетических установок, используемого для снижения интенсивности теплового излучения дымовой трубы и температуры газового факела. Разработана методика предварительной оценки габаритов ГВО, выполненного в виде неоднородного эжектора с сопловым аппаратом. Методика основана на уравнениях материального и теплового балансов рабочих веществ ГВО. Установлена возможность проведения модельных и экспериментальных исследований рабочих процессов в ГВО на уменьшенных физических моделях при увеличенных скоростях выпускных газов в области автомодельности, характеризуемой числами Рейнольдса (3.0…3.8)•105. Проведено исследование CFD-модели газодинамических процессов в ГВО. В результате численного моделирования получены поля распределений температур, давлений и скоростей по сечениям ГВО. CFD-моделирование позволяет производить расчеты и оптимизацию новых конструкций ГВО на этапе проектирования без проведения теплотехнических испытаний, как на основном, так и на частичных режимах работы. Выполнено экспериментальное исследование рабочей модели ГВО в масштабе 1:5 методом «горячей» продувки на режимах 40, 100, 120 и 130% нагрузки стенда, которые охватывают диапазон чисел Рейнольдса (1.2…3.8)•105. Полученные значения коэффициента сопротивления составили ςм = 2.42…2.99. На режимах 100, 120 и 130 % нагрузки коэффициенты сопротивления имеют близкие значения ςм = 2.42…2.63. В области автомодельности значения коэффициента сопротивления в доверительном интервале ±4.4 % укладываются на прямую ςм = 2.52. Приведен сравнительный анализ характеристик газовоздушного потока, полученных при проведении численного моделирования, с результатами теплотехнических испытаний рабочей модели ГВО. Погрешность расчёта температуры газовоздушной смеси на срезе дымовой трубы на 100 % нагрузке составляет 4.6 %. Полученные значения погрешности расчета показывают корректность работы математической модели.

Results of theoretical and experimental study of a gas-air cooler used to reduce the temperature of the exhaust gases of engines and boilers of ship power plants and the heat radiation of the chimney are presented in this paper. A Computational Fluid Dynamic (CFD) model of the gas-air cooler designed as an inhomogeneous ejector with a nozzle apparatus was developed. As a result of numerical simulation, the fields of temperature, pressure and velocity distributions along the gas-air cooler cross-sections were obtained. An experimental study of working model of the gas-air cooler at a scale of 1:5 was carried out. In the self-similarity region, characterized by Reynolds numbers (3.0-3.8)•105, the values of the resistance coefficient of the gas-air cooler model in the confidence interval ± 4.4 % fit on the line ςм = 2.52. A comparative analysis of the characteristics of gas-air flow, obtained during numerical simulation, with the results of thermal testing of working model of the gas-air cooler is given. The error in calculating of gas-air mixture temperature at the exit section of the gas-air cooler at 100 % load is 4.6 %. The CFD-modeling allows making calculations and optimization of new designs of the gas-air cooler at the design stage without carrying out thermal engineering tests both in the main and partial modes of operation

Lucrarea prezintă rezultatele studiilor teoretice şi experimentale ale răcitorului de gaz-aer (RGA) ale gazele de eşapament ale motoarelor şi cazanelor instalaţiilor energetice navale utilizat pentru diminuarea intensităţii radiaţiei termice a coşului de fum şi a făcliei gazoase. S-a elaborat procedeul preliminar de estimare a gabaritelor echipamentului RGA conceput ca ejector neomogen cu un aparat cu duză. Procedeul se bazează pe ecuaţiile de balanţe materiale şi termice ale substanţelor de lucru ale RGA. S-a stabilit posibilitatea modelării şi studiilor experimentale ale proceselor de lucru în RGA, utilizţnd modelele fizice cu dimensiuni reduse la vitezele majorate ale gazelor de evacuare pentru valorile criteriului Reynolds (3.0 ... 3.8) 105. Ca rezultat al simulării numerice s-au obţinut câmpurile de distribuţie a temperaturii, presiunii şi vitezei de-a lungul secţiunilor transversale ale răcitorului de gaz-aer. A fost efectuat un studiu experimental al modelului de lucru al răcitorului de aer-gaz la o scară de 1: 5 cu metodă "febrilă" pentru sarcinile 40, 100, 120 şi 130%, care acoperă o gamă a valorilor numerelor Reynolds (1,2 ... 3,8) 105. Valorile obţinute ale coeficientului de rezistenţă au constituit ςm = 2.42 ... 2.99. În regimurile de sarcină de 100, 120 şi 130% coeficienţii de rezistenţă au valori similare ςm = 2,42 ... 2,63. In domeniul de auto-similaritate valorile coeficientului de rezistenţă se descriu de ecuaţia liniară cu coeficentul ςm = 2.52 cu intervalul de încredere de ± 4,4% . Analiză comparativă a caracteristicilor fluxului de aer-gaz obţinute în timpul simulării numerice coincid cu rezultatele testelor termice ale modelului funcţional RGA. Eroarea calculării temperaturii amestecului de gaz la ieşirea din coş pentru regimul de sarcină de 100% este de 4.6%. Valorile obţinute ale erorilor de calcul demonstraeză corectitudinea modelului matematic propus.