В условиях повышения стоимости материальных и энергетических ресурсов во многих отраслях отечественной промышленности (теплоэнергетической, нефтеперерабатывающей, химической, пищевой и т. д.) актуальность приобретает решение проблемы энергоресурсосбережения. Важным направлением ее решения является исследование, разработка и внедрение новых видов теплообменных поверхностей для различных теплообменных устройств, отличающихся высокой теплоаэродинамической эффективностью, технологичностью и невысокой стоимостью производства.
Круглые трубы широко используются в теплообменном оборудовании благодаря простоте производства и способности выдерживать высокое давление. В отличие от круглых труб, которые вызывают значительные потери давления и вибрации, некруглые трубы имеют низкое гидравлическое сопротивление [1]. Расположение труб относительно направления набегающего потока можно классифицировать как коридорное и шахматное. Шахматный пучок труб прост в изготовлении, имеет высокий теплообмен и перепад давления в допустимом диапазоне. Существует большое количество исследований, в которых учитывается влияние геометрии и расположения труб в пучке на эффективность теплообменников. Трубы в шахматном расположении обеспечивают лучшие тепловые характеристики по сравнению с коридорным расположением труб, а также немного больший перепад давления [3, 4].
E. Buyruk [5] численно исследовал характеристики теплоотдачи коридорной и шахматной компоновок пучка круглых труб в поперечном потоке. Представлены графики распределения локального числа Нуссельта по периметру трубы.
Исследованиям аэродинамического сопротивления труб и пакетов из профилированных труб посвящено незначительное количество работ.
Badr и др. [6] экспериментально исследовали теплообмен и перепад давления поперечного потока шахматного пучка овальных труб в межтрубном пространстве, с разными поперечными и продольными шагами. Результаты показывают, что овальные трубы имеют значительно меньшие лобовые области по сравнению с круглыми. Экспериментальное исследование было проведено в работе [7] для выяснения характеристик теплообмена и генерации энтропии для одиночных эллиптических труб с продольными ребрами. Исследованные геометрические параметры включали размещение ребер на лобовой, задней и передней и задней частях труб. Было отмечено, что использование ребер влияет на результаты коэффициента теплопередачи и коэффициента трения. Также было проведено экспериментальное исследование теплообмена и падение давления в межтрубном пространстве пучка труб овальной формы, имеющих различные поперечные и продольные шаги в диапазоне Sпоп = 1,97 ~ 3,16 и Sпро = 0,67 ~ 1,0 и для Re = 103 ~ 5 ∙ 104. Было найдено, что падение давления уменьшается с увеличением относительного поперечного шага и числа Рейнольдса [8].