Исследование теплотехнических процессов в пластинчатом теплообменнике

Целью исследования является выявление зон вихреобразования в модифицированном гофрированном канале пластинчатого теплообменника с помощью компьютерного моделирования для увеличения интенсификации теплообменного процесса.
Методы. Пластинчатые теплообменники имеют компактную конструкцию, что позволяет существенно сэкономить место на производственных площадях и облегчить монтаж и демонтаж оборудования. В соответствии с целью данной работы нами решалась задача создания искусственной турбулизации потока для увеличения теплотехнических характеристик. Для реализации поставленной задачи разработаны пластины, имеющие специальную геометрию, которая создает турбулентный поток жидкости в каналах между пластинами и увеличивает коэффициент теплоотдачи. Это позволяет достигать более высокой эффективности теплообмена при той же площади обмена, что снижает затраты на оборудование и эксплуатацию.
Результаты. Результатом данной работы является реализация компьютерной модели модифицированного гофрированного канала для визуальной оценки вли яния искусственно созданных турбулизаторов на степень вихреобразования.
Заключение. Внедрение пластин, основная теплообменная часть которых содержит технологические лунки сферической формы, позволяет увеличить эффективность теплообменного процесса за счет роста коэффициента теплопередачи. Кроме того, увеличение коэффициента теплопередачи будет способствовать снижению металлоемкости и стоимости теплообменного оборудования.

1. Доклад о состоянии теплоэнергетики и централизованного теплоснабжения в Российской Федерации в 2020 г. // Министерство энергетики Российской Федерации [сайт], 2022. URL: https://minenergo.gov.ru/node/22832 (дата обращения: 18.01.2023).

2. Башмаков И. А. Анализ основных тенденций развития систем теплоснабжения России // Новости теплоснабжения. 2008. Т. 2. С. 6-9.

3. Теплоснабжение населенных пунктов // Федеральная служба государственной статистики [сайт], 2022. URL: https://rosstat.gov.ru/storage/mediabank/jkh3.docx (дата обращения 06.11.2022).

4. Кущев Л.А., Саввин Н.Ю., Якшин С.С. Современные способы повышения эффективности работы отопительных приборов в ЖКХ // Инновационный потенциал развития общества: взгляд молодых ученых. Курск, 2020. С. 304-307.

5. Heat transfer and friction characteristics of turbulent flow through a circular tube with ball turbulators / W. Yuan, G. Fang, X. Zhang, Y. Tang, Z. Wan, S. Zhang // Applied sciences. 2018. Т. 8. №. 5. Р. 776.

6. Семикашев В. В. Теплоснабжение в России: текущая ситуация и проблемы инвестиционного развития // Всероссийский экономический журнал ЭКО. 2019. №. 9. С. 23-47.

7. Alfarawi S., Abdel-Moneim S.A., Bodalal A. Experimental investigations of heat transfer enhancement from rectangular duct roughened by hybrid ribs // International Journal of Thermal Sciences. 2017. Vol. 118. P. 123-138.

8. Интенсификация теплообмена / В.Н. Белозерцев, В.В. Бирюк, А.И. Довгялло, С.О. Некрасова, Д.А. Угланов, Д.В. Сармин. Самара: Изд-во Самарского университета, 2018. 208 с.

9. Круглов Г.А., Бакунин В.В., Андреева М.В. Теоретические исследования степени взаимосвязи турбулизации потока с коэффициентом теплоотдачи // Вестник КрасГАСУ. 2015. № 6. С. 67–73.

10. Жукаускас А. А. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982. 472 с.

11. Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1975. 497 с.

12. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. 344 с.

13. Kang C., Yang K. S. Characterization of turbulent heat transfer in ribbed pipe flow // Journal of Heat Transfer. 2016. Т. 138. №. 4. С. 41-50.

14. Maradiya C., Vadher J., Agarwal R. The heat transfer enhancement techniques and their thermal performance factor // Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences. 2018. Vol. 7. №. 1. P. 1-21.

15. Song K., Tagawa T., Chen Z. Flow Symmetry and Heat Transfer Characteristics of Winglet Vortex Generators Arranged in Common Flow up Configuration // Symmetry. 2020. № 12. С. 38-44.

16. Кущев Л.А., Саввин Н.Ю. Тепловизионные исследования оригинальной пластины теплообменника // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2021. №. 1. С. 38-45.

17. Кулаков В.В., Каськов С.И. Экспериментальное исследование теплообменной поверхности с полусферическими выступами и впадинами // Будущее машиностроения России. 2018. С. 381-384.

18. Земсков А.А., Бакрунова Т.С. Способы интенсификации теплообмена // Актуальные проблемы энергетики АПК. Саратов, 2019. С. 110-111.

19. Alfarawi S., Abdel-Moneim S.A., Bodalal A. Experimental investigations of heat transfer enhancement from rectangular duct roughened by hybrid ribs // International Journal of Thermal Sciences. 2017. Т. 118. С. 123-138.

20. Патент на полезную модель № 200477 U1 Российская Федерация, МПК F28F 3/00. Пластина теплообменника: № 2020125892 : заявл. 04.08.2020 : опубл. 27.10.2020 / Н. Ю. Саввин, Л. А. Кущев, М. В. Серебреникова, И. В. Волабуев; заявитель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова».

21. Экспериментальные исследования перспективных способов интенсификации теплопередачи в трубчатом теплообменнике / Б.О. Кустов, А.В. Бальчугов, А. В. Бадеников, М.В. Герасимчук, К.Д. Захаров // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331. №. 3. С. 174-183.