Тепловой режим в каналах пластинчатых теплообменных аппаратов

Оснащение тепловых пунктов теплообменным оборудованием с поверхностью нагрева в виде гофрированных пластин является неотъемлемым структурным элементом теплоэнергетической сети 3-го поколения и составляющей надежности работы системы теплоснабжения в целом. Установлено, что проведение оптимизационных расчетов теплообменных аппаратов указанного типа затруднено ввиду отсутствия зависимостей по теплообмену и гидравлическому сопротивлению между каналами в конструктивном пространстве теплообменника.

Цель исследования. Уточнить методику расчета пластинчатых теплообменных аппаратов, исключая равенство тепловых и гидравлических условий из общепринятых допущений.

Методы. Методология исследования базируется на использовании закона сохранения масс с целью определения температурных параметров рабочих жидкостей в каждом канале. Решение данной задачи предложено в виде системы уравнений, каждое из уравнений характеризует тепловой баланс рассматриваемого канала. Построена компьютерная модель теплообменного аппарата с целью проведения численного исследования теплового режима теплообменника.

Результаты. Указано, что в качестве допущения в общеизвестной математической модели расчета теплового режима теплообменника пластинчатого типа принято условие равного распределения потоков жидкости между каналами. Такое ограничение приводит к уравниванию температур жидкости в каждом канале. Учет геометрического расположения каналов устанавливает превышение конечной температуры греющего и нагреваемого теплоносителя в первом и последнем каналах по отношению к известным данным до 10%. Результаты исследования подтверждают гипотезу о неравномерном нагреве теплоносителя по длине пакета пластин из-за неравномерности потокораспределения между каналами.

Заключение. Полученные результаты аналитического и численного моделирования свидетельствуют о существенном влиянии геометрического расположения на тепловой режим в каналах. Сформулированное математическое описание температурного режима с учетом гидравлических условий распределения потоков между каналами рекомендуется использовать при совершенствовании конструктивных параметров теплообменных аппаратов пластинчатого типа.

1. Рыбкина Г.В., Яблокова А.А. Современное состояние теплоснабжения и его развитие // Промышленные процессы и технологии. 2022. Т. 2. № 2. С. 89-99. DOI: 10.37816/ 2713-0789-2022-2-2(4)-89-99.

2. Осипов Д.А., Журавлева Н.В. Основные элементы тепломеханических схем теплогенерирующих объектов // Вестник магистратуры. 2021. №2-1 (113). С. 26-28.

3. Гонина Е.С. Расчёт индивидуального теплового пункта // Вестник магистратуры. 2021. №1-5 (112). С. 121-125.

4. Свинцов А.П., Андросов Е. А. Эксплуатационная надежность оборудования в индивидуальных тепловых пунктах // Жилищное строительство. 2019. №12. С. 45-51. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-12-45-51.

5. Елистратова Ю.В., Семиненко А.С., Минко В.А. Актуальность моделей загрязнения для диагностики состояния пластинчатых теплообменников // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2020. № 10. С. 33–40. DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-10-33-40.

6. Нияковский А. М., Сидорова А. Ю., Нияковский А. А. Особенности подбора пластинчатых теплообменников горячего водоснабжения в модернизируемых тепловых пунктах жилых зданий // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки. 2018. № 8. С. 158-164.

7. Современные способы интенсификации работы кожухотрубных теплообменных аппаратов систем теплоснабжения / Л.А. Кущев, Н.Ю. Никулин, Ю.Г. Овсянников, А.И. Алифанова // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2018. № 2 (25). С. 130-140. DOI: http://dx.doi.org/10.21285/2227-2917-2018-2-130-140.

8. Хабибулин А.В. Виды теплообменных устройств. использование теплообменников в автономном энергоснабжении // Инновационная наука. 2021. №1. С. 36-37.

9. Особенности распределения потоков жидкости в пластинчатых теплообменниках / Ю.В. Елистратова, А.С. Семиненко, В.А. Минко, Р.С. Рамазанов // Вестник БГТУ имени В. Г. Шухова. 2020. № 12. С. 47-55. DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-12-47-55.

10. Елистратова Ю.В., Мацукова М.Н. Перспективы стабилизационной обработки теплоносителя теплообменных аппаратов методами физического воздействия // Россия молодая: сборник материалов XIV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием / редкол.: К.С. Костиков (отв. ред.) [и др.]. Кемерово, 2022. С. 21207.1-21207.6.

11. Кондрашов Н.П., Лагуткин М.Г. Повышение эффективности процесса теплопередачи пластинчато-ребристого теплообменника // Евразийский Союз Ученых. 2019. №3-4 (60). С. 6-13.

12. Повышение интенсификации теплообмена в кожухотрубных теплообменниках / П.Н. Кузнецов, К.А. Миндров, А.А. Кузнецов, И.Ю. Бекшаев, А.А. Инчин, А.В. Охотников, С.В. Чугунов // ИВД. 2022. №6 (90). С. 680-688.

13. Применение пористых материалов в теплообменных аппаратах системы теплоснабжения / Н.В. Рыдалина, Б.Г. Аксенов, О.А. Степанов, Е.О. Антонова // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2020. № 3. С. 3-13. DOI:10.30724/1998-9903-2020-22-3-3-13.

14. Khavin G., Babak T. The benefits of using channels with different corrugation heights in plate heat exchangers // East European Advanced Technology Journal, 2018, vol. 1, no. 8 (91), pp. 33-38. DOI: 10.1007/978-3-319-93587-4_47.

15. Рафальская Т.А., Рудяк В.Я. Влияние расходов теплоносителей на параметр теплообменника при переменных режимах его работы // Вестник МГСУ. 2019. №5 (128). С. 621-623. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.5.621-633.

16. Кикоть Е.А., Газизов Ф.Н. Выбор структуры тепловой генерации в городах РФ при актуализации схем теплоснабжения // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2020. №5. С. 70-81. DOI:10.30724/1998-9903-2020-22-5-71-82.

17. Буланин В.А. Алгоритм анализа энергоэффективности источника теплоснабжения // Вестник БГТУ имени В. Г. Шухова. 2019. № 9. С. 54-62. DOI: 10.34031/ article_5da452a45dbf30.07663447.

18. Стенников В.А., Пеньковский А.В. Проблемы российского теплоснабжения и пути их решения // ЭКО. 2019. №9 (543). С. 48-69. DOI: 10.30680/ЕСО0131-7652-2019- 9-48-69.

19. Семикашев В.В. Теплоснабжение в России: текущая ситуация и проблемы инвестиционного развития // ЭКО. 2019. № 9 (543). С. 23-47. DOI: 10.30680/ЕСО0131- 7652-2019-9-23-47

20. Status of 4th generation district heating: Research and results / H. Lund, P.A. Stergaard, M. Chang, S. Werner, S. Svendsen et al. // Energy. 2018. Vol.164. P. 147–154. DOI: 10.1016/j.energy.2018.08.206.

21. Fukang Ren, Ziqing Wei, Xiaoqiang Zhai. A review on the integration and optimization of distributed energy systems // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. Vol. 162, 2022, 112440, ISSN 1364-0321, https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112440.

22. Выбор определяющих параметров технического состояния, оказывающих влияние на остаточный срок службы теплообменного оборудования / П.А. Кулаков, А.В. Рубцов, В.Г. Афанасенко, О.Е. Зубкова [и др.] // Izvestiya Tomskogo Politekhnicheskogo Universiteta Inziniring Georesursov. 2020. С. 97-105. DOI: 10.18799/24131830/2020/1/2451.

23. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1969. 560 с.