Computer modeling of heat processes in heat generators of bakery ovens | Компьютерное моделирование тепловых процессов в теплогенераторах хлебопекарных печей

English. The heat generator under analysis is a three-way heat exchange unit in which the first way is a combustion chamber joined to the burner, and two others are tube type heat exchangers. A hot thermal fluid (products of burning) are moved inside, and a cold one-outside the heat generator. The modeling that was carried out was based on the method of final elements, that makes it possible to find interrelations of a number of parameters depending on speed and humidity of a thermal fluid. A computer model of a heat generator is geometrically identical to a heat generator existing in metal. The model was blown by two different cold thermal fluids: a humid one with the moisture content of 0.4 kg/kg and a dry one with the moisture content of 0.05 kg/kg. By analyzing the data obtained coefficients of the equality for defining the Nussle criteria were made more accurate: Nu = 23*ReE0.33 – for a moist and Nu = 1.83*ReE0.65 for a dry thermal fluid. The increase of the speed of blowing under moist thermal fluid affects the heat coefficient of efficiency. The coefficient of efficiency has the largest value in this case under the speed 1–1.25 m/s and 4.15–4.6 m/s. From the view point of the technology of baking the best speed is 1.75–2 m/s under such speed regime the coefficient of efficiency is lowered. In case of a dry thermal fluid the coefficient of efficiency of the heat generator is constantly growing under increasing the speed of blowing. Under increasing the speed of blowing the average temperature of the heat generator surface falls, and the temperature of a cold thermal fluid changes little. The character of changing the scheme and the values of temperatures is practically identical for moist and dry air. The influence of the change of the construction of a heat generator on its operation has been studied. The influence of an in-line location and a staggered arrangement of pipes in a heat changing part on the coefficient of efficiency has been modeled and studied, in the last case the coefficient of the efficiency grows by 13%. The efficiency of blowing of a heat generator under different combination of the flow of hot and cold fluids has been checked. The large values of the coefficient of the efficiency have been obtained under the contra flow of thermal fluids.

Russian. Исследуемый теплогенератор является трёхходовым теплообменником, в котором первый ход представляет собой камеру сгорания, присоединяемую к горелке, а два других – трубчатый теплообменник. Горячий теплоноситель (продукты горения) перемещается внутри, а холодный – снаружи теплогенератора. Проводившееся моделирование основано на методе конечных элементов, что позволяет установить взаимосвязи ряда параметров в зависимости от скорости и влажности теплоносителя. Компьютерная модель теплогенератора геометрически аналогична теплогенератору, существующему в металле. Модель обдувалась двумя различными холодными теплоносителями: влажным с влагосодержанием 0,4 кг/кг и сухим с влагосодержанием 0,05 кг/кг. С помощью анализа полученных данных уточнены коэффициенты уравнения для определения критерия Нуссельта: Nu = 23*ReE0,33 – для влажного и Nu = 1,83*ReE0,65 – для сухого теплоносителей. Увеличение скорости обдува при влажном теплоносителе влияет на тепловой коэффициент полезного действия (КПД). Наибольшие значения КПД в этом случае имеет при скоростях 1–1,25 м/с и 4,15–4,6 м/с. С точки зрения технологии выпечки наилучшая скорость 1,75–2 м/с, при таком скоростном режиме КПД незначительно понижается. В случае сухого теплоносителя КПД теплогенератора постоянно растёт при увеличении скорости обдува. При увеличении скорости обдува средняя температура поверхности теплогенератора падает, а температура холодного теплоносителя меняется мало. Характер изменения графика и значений температур практически одинаковы для влажного и для сухого воздуха. Изучено влияние изменения конструкции теплогенератора на его работу. Смоделировано и исследовано влияние рядного и шахматного расположения трубок в теплообменной части на КПД: в последнем случае КПД возрастает на 13%. Проверена эффективность обдува теплогенератора при различном сочетании тока горячего и холодного теплоносителей. Наибольшие значения КПД были получены при противотоке теплоносителей.