Development of an Experimental Thermosiphon Installation for Ethanol Production
Автор: Bazhanov A., Lv E.
Журнал: Бюллетень науки и практики @bulletennauki
Рубрика: Технические науки
Статья в выпуске: 12 т.11, 2025 года.
Бесплатный доступ
This study conducted simulation and experimental analyses on an ethanol thermosiphon device integrated with a novel pulsed capacitor heat pump system, investigating its heat transfer and phase-change characteristics. The device heats ethanol liquid in a container, causing it to vaporize. The resulting vapor is then cooled and re-liquefied in a condenser by flowing cold water, enabling continuous heat transfer. The study employed SolidWorks Flow Simulation to visualize temperature distribution, flow characteristics, and pressure drop variations within the system. Aspen numerical simulations were used to calculate thermosiphon efficiency and heat transfer coefficients. Experimental results demonstrated that the system achieves stable ethanol phase-change cycling, with the condenser effectively removing vapor heat. Simulation and experimental data showed good agreement, validating the model's reliability. Compared to steady-state operation, pulsed flow mode increased the heat transfer coefficient by 18-22%, while the pulsed capacitor effectively regulated flow pulsation frequency within the 5-15 Hz range. This research provides valuable insights for optimizing thermosiphon device design and two-phase heat transfer control.
Ethanol thermosiphon, pulsed capacitor, two-phase heat transfer, condenser, solidworks flow simulation, aspen numerical simulation, frequency regulation, heat transfer coefficient
Короткий адрес: https://sciup.org/14135441
IDR: 14135441 | УДК: 621.1.016 | DOI: 10.33619/2414-2948/121/20
Разработка экспериментальной термосифоновой установки для получения этанола
В этом исследовании были проведены моделирование и экспериментальный анализ на устройстве термосифона этанола, интегрированном с новой системой импульсного конденсаторного теплового насоса, с целью изучения его характеристик теплопередачи и фазового перехода. Устройство нагревает жидкий этанол в контейнере, заставляя его испаряться. Полученный пар затем охлаждается и повторно сжижается в конденсаторе текущей холодной водой, обеспечивая непрерывную передачу тепла. В исследовании использовалось SolidWorks Flow Simulation для визуализации распределения температуры, характеристик потока и изменений падения давления в системе. Численное моделирование Aspen использовалось для расчета эффективности термосифона и коэффициентов теплопередачи. Экспериментальные результаты показали, что система достигает стабильного цикла фазового перехода этанола, при этом конденсатор эффективно отводит тепло пара. Моделирование и экспериментальные данные показали хорошее соответствие, подтверждающее надежность модели. По сравнению с работой в стационарном режиме режим импульсного потока увеличил коэффициент теплопередачи на 18-22%, в то время как импульсный конденсатор эффективно регулировал частоту пульсации потока в диапазоне 5-15 Гц. Это исследование дает ценную информацию для оптимизации конструкции термосифонного устройства и управления двухфазной теплопередачей.
