ISSN 2541-7592

НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Русский 
English 
    

 



Правила написания
и оформления статей

Правила
рецензирования

Памятка рецензента


Публикационная
этика 











 


Архив выпусков

Выпуск 2 (54), 2019


Управляемый ударный узел оппозитной конструкции для систем теплоснабжения с импульсной циркуляцией теплоносителя


Левцев А. П., Макеев А. Н.


Левцев А. П., д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой теплоэнергетических систем, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева, Институт механики и энергетики, Россия, г. Саранск, тел.: (8342)25-41-01, e-mail: levtzev@mail.ru

Макеев А. Н., канд. техн. наук, доц. кафедры теплоэнергетических систем, руководитель учебно-научной лаборатории «Импульсные системы тепло- и водоснабжения», Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева, Институт механики и энергетики, Россия, г. Саранск, тел.: (8342)25-41-01, e-mail: tggi@rambler.ru

 
 
Постановка задачи. Актуальность исследования обусловлена необходимостью изыскания технического решения для создания управляемых пульсаций теплоносителя, используемых применительно к повышению энергетической эффективности систем теплоснабжения. Известные конструкции самоподдерживающихся ударных узлов не отвечают требованиям надежности таких систем. 
Результаты. Получено техническое решение ударного узла оппозитной конструкции с внешним управлением переключения его клапанов. Описана схема экспериментальной установки для проведения испытаний. Приведены результаты исследований его характеристик: установлен диапазон устойчивой работы; получена зависимость приращения давления в момент гидравлического удара от изменения расхода рабочей среды при фиксированной частоте генерации импульсов; получена зависимость изменения давления в момент гидравлического удара от частоты переключения клапанов при поддержании заданного располагаемого напора; разработана математическая модель ударного узла и приведены результаты моделирования. 
Выводы. Полученная конструкция ударного узла позволяет управлять степенью повышения давления в импульсе в относительно широком диапазоне изменения расхода рабочей среды и может быть использована в системе теплоснабжения для локальной интенсификации теплообмена, трансформации располагаемого напора из одного гидравлического контура в другой и очищения теплопередающих поверхностей от накипи.
 
Ключевые слова: гидравлический ударный узел, ударный клапан, гидравлический удар, импульс количества движения рабочей среды, импульсная циркуляция теплоносителя, импульсная система теплоснабжения.


DOI: 10.25987/VSTU.2019.54.2.003


Финансирование: настоящая статья подготовлена в рамках выполнения гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых — кандидатов наук МК-1408.2018.8. Соглашение о предоставлении субсидии № 075-15-2019-584.

 

Библиографический список

1. Галицейский, Б. М. Тепловые и гидродинамические процессы в колеблющихся потоках / Б. М. Галицейский, Ю. А. Рыжов, Е. В. Якуш. — М.: Машиностроение, 1977. — 256 с.
2. Левцев, А. П. Импульсные системы тепло- и водоснабжения / А. П. Левцев, А. Н. Макеев; под общ. ред. д-ра техн. наук проф. А. П. Левцева. — Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2015. — 172 с.
3. Макеев, А. Н. Импульсная система теплоснабжения общественного здания: автореф. дис. … канд. техн. наук / А. Н. Макеев. — Пенза, 2010. — 20 с.
4. Макеев, А. Н. Исследование характеристик ударного узла самоподдерживающейся оппозитной конструкции / А. Н. Макеев // Промышленная энергетика. — 2018. — № 3. — С. 32—37.
5. Макеев, А. Н. К вопросу локальной организации импульсно-колеблющейся циркуляции теплоносителя в системе теплоснабжения / А. Н. Макеев // Бюллетень науки и практики. — Нижневартовск, 2018. — Т. 4, № 5. — С. 254—262.
6. Овсепян, В. М. Гидравлический таран и таранные установки / В. М. Овсепян. — М.: Машиностроение, 1968. — 124 с.
7. Пат. на изобретение 2543465 Российская Федерация, МПК F24D 3/00. Тепловой пункт / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, С. Н. Макеев, С. И. Храмов, Я. А. Нарватов; заявитель и патентообладатель А. П. Левцев, А. Н. Макеев, С. Н. Макеев. — № 2013137717/12; заявл. 12.08.2013; опубл. 27.02.2015, Бюл. № 6.
8. Пат. на полезную модель 183591 Российская Федерация, МПК F24D 3/0, F15B 21/12. Ударный узел / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, А. А. Голянин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева». — № 2018112914; заявл. 10.04.2018; опубл. 26.09.2018, Бюл. № 27.
9. Пат. на полезную модель 87501 Российская Федерация, МПК F24D 11/00. Автономная система отопления для здания автономного пользования / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, А. А. Лазарев; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева». — № 2009113871/22; заявл. 13.04.2009; опубл. 10.10.2009, Бюл. № 27.
10. Ростовцев, В. Н. Утилизацiя малыхъ паденiй воды для целей осушенiя и орошенiя земель / инженеръ-технологъ В. Н. Ростовцев. — Пг., 1916. — 48 с.
11. Akcay, S. Parametric investigation of effect on heat transfer of pulsating flow of nanofluids in a tube using circular rings / S. Akcay, U. Akdag // Amukkale university journal of engineering sciences-pamukkale universitesi muhendislik bilimleri dergisi. — 2018. — Vol. 24, Issue 4. — P. 597—604. — DOI: 10.5505/pajes.2017.70120.
12. Ali, S. Heat transfer and mixing enhancement by free elastic flaps oscillation / S. Ali, Ch. Habchi, S. Menanteau, T. Lemenand, J. — L. Harion // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2015. — Vol. 85. — P. 250—264. — DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.01.122.
13. Butun, H. A heat integration method with multiple heat exchange interfaces / H. Butun, I. Kantor, F. Marechal // ENERGY: 30th International Conference on Efficiency, Cost, Optimisation, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems (ECOS). — 2018. — Vol. 152. — P. 476—488. — DOI: 10.1016/j.energy.2018.03.114; WOS: 000432760200042.
14. Chang, S. W. Heat transfer in a reciprocating duct fitted with transverse ribs / S. W. Chang, L. M. Su, C. C. Hwang, T. L. Yang // Experimental heat transfer. — 1999. — Vol. 12, Issue 2. — P. 95—115. — DOI: 10.1080/089161599269735.
15. Désidéri, J. — A. Parametric optimization of pulsating jets in unsteady flow by multiple-gradient descent algorithm (MGDA) / J. — A. Désidéri, R. Duvigneau // Computational Methods in Applied Sciences. — 2019. —
Vol. 47. — P. 151—169. — DOI: 10.1007/978-3-319-78325-3_11.
16. Dushin, N. S. Kinematics of pulsating flow in the entry region of the channel with discrete roughness elements / N. S. Dushin, N. I. Mikheev, A. A. Paereliy, I. M. Gazizov, R. R. Shakirov // Journal of Physics: Conference Series. — 2017. — Vol. 891, Issue 1. — DOI: 10.1088/1742-6596/891/1/012147.
17. Kærn, M. R. Continuous versus pulsating flow boiling. Experimental comparison, visualization, and statistical analysis / M. R. Kærn, B. Elmegaard, K. E. Meyer, B. Palm, J. Holst // Science and Technology for the Built Environment. — 2017. — Vol. 23, Issue 6. — P. 983—996. — DOI: 10.1080/23744731.2017.1319667.
18. Levtzev, A. P. Pulsating heat transfer enhancement in the liquid cooling system of power semiconductor converter / A. P. Levtzev, A. N. Makeev, S. F. Kudashev // Indian Journal of Science and Technology. — 2016. —
Vol. 9 (11). — DOI: 10.17485/ijst/2016/v9i11/89420.
19. Makeev, А. N. Implementation of pulse heat supply for dependent connection of customers = Обеспечение импульсного теплоснабжения для зависимого присоединения абонентов / A. N. Makeev // Magazine of
Civil Engineering = Инженерно-строительный журнал. — 2018. — № 07 (83). — P. 114—125. — DOI: 10.18720/MCE.83.11.
20. Makeev, А. N. Theory of pulse circulation of the heater in the heat supply system with independent subscription of subscribers / A. N. Makeev // Russian journal of building construction and architecture. — 2018. — Issue № 4 (40) — P. 15—25. — WOS: 000450361700002.
21. Seo, Y. K. Heat transfer in the thermally developing region of a pulsating channel flow / Young Kim Seo, Ha Kang Byung, Min Hyun Jae // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 1993. — Vol. 36, Issue 17. —
P. 4257—4266. — DOI: 10.1016/0017-9310(93)90088-N.
22. Sundstrom, L. R. J On the Similarity of Pulsating and Accelerating Turbulent Pipe Flows / L. R. J. Sundstrom, M. J. Cervantes, // Flow turbulence and combustion. — 2018. — Vol. 100, Issue 2. — P. 417—436. — DOI: 10.1007/s10494-017-9855-5.
23. Valueva, E. P. Heat exchange at laminar flow in rectangular channels / E. P. Valueva, M. S. Purdin // Thermophysics and aeromechanics. — 2016. — Vol. 23, Issue 6. — P. 857—867. — DOI: 10.1134/S0869864316060081.

 
 

Ссылка для цитирования

Левцев, А. П. Управляемый ударный узел оппозитной конструкции для систем теплоснабжения с импульсной циркуляцией теплоносителя / А. П. Левцев, А. Н. Макеев // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2019. - № 2 (54). - С. 33-49. - DOI: 10.25987/VSTU.2019.54.2.003.

 
 
 
 

English version 

 

Controllable Shock Unit of the Opposite Construction for Heat Supply Systems with Pulse Circulation of the Heat Carrier

Levtsev A. P., Makeev A. N.
 
 

Levtsev A. P., D. Sc. in Engineering, Prof., Head of the Dept. of Thermal Electric Systems, National Research of the Ogarev Mordovia State University, Institute of Mechanics and Energy, Russia, Saransk, tel.: (8342)25-41-01, e-mail: levtzev@mail.ru

Makeev A. N., PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Thermal Electric Systems, Head of the Learning Scientific Laboratory «Pulse Systems of Heat and Water Supply», National Research of the Ogarev Mordovia State University, Institute of Mechanics and Energy, Russia, Saransk, tel.: (8342)25-41-01, e-mail: tggi@rambler.ru


 
Statement of the problem. The relevance of the topic is due to the need to seek out technical solutions to create controlled pulsations of the coolant used for improving the energy efficiency of heating systems. The known designs of self-sustaining impact units do not meet the reliability requirements of such systems. 
Results. A technical solution has been obtained for the opposite structure with an external control for switching its valves. The scheme of the experimental setup for its testing is described. The results of studies of its characteristics are presented: the range of stable operation is established; the dependence of the pressure increment at the moment of a water hammer on the change in the flow rate of the working medium at a fixed pulse generation frequency was obtained; the dependence of pressure change at the moment of water hammer on the valve switching frequency while maintaining a specified disposable pressure was obtained; a mathematical model of the impact node has been developed and simulation results are presented. 
Conclusions. The resulting design of the shock unit allows one to control the degree of a pressure increase in a pulse in a relatively wide range of variations in the flow rate of the working medium and can be used in the heat supply system to localize heat transfer, transform the disposable head from one hydraulic circuit to another and clean heat transfer surfaces from scale. 
 
Keywords: hydraulic shock unit, chock valve, hydraulic chock, momentum of the movement of the working medium, pulsed circulation of the coolant, pulse heating system. 


DOI: 10.25987/VSTU.2019.54.2.003

References

1. Galitseiskii, B. M. Teplovye i gidrodinamicheskie protsessy v koleblyushchikhsya potokakh / B. M. Galitseiskii, Yu. A. Ryzhov, E. V. Yakush. — M.: Mashinostroenie, 1977. — 256 s. 
2. Levtsev, A. P. Impul'snye sistemy teplo- i vodosnabzheniya / A. P. Levtsev, A. N. Makeev; pod obshch. red. d-ra tekhn. nauk prof. A. P. Levtseva. — Saransk: Izd-vo Mordov. un-ta, 2015. — 172 s. 
3. Makeev, A. N. Impul'snaya sistema teplosnabzheniya obshchestvennogo zdaniya: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk / A. N. Makeev. — Penza, 2010. — 20 s. 
4. Makeev, A. N. Issledovanie kharakteristik udarnogo uzla samopodderzhivayushcheisya oppozitnoi konstruktsii / A. N. Makeev // Promyshlennaya energetika. — 2018. — № 3. — S. 32—37. 
5. Makeev, A. N. K voprosu lokal'noi organizatsii impul'sno-koleblyushcheisya tsirkulyatsii teplonositelya v sisteme teplosnabzheniya / A. N. Makeev // Byulleten' nauki i praktiki. — Nizhnevartovsk, 2018. — Vol. 4, № 5. — S. 254—262. 
6. Ovsepyan, V. M. Gidravlicheskii taran i tarannye ustanovki / V. M. Ovsepyan. — M.: Mashinostroenie, 1968. — 124 s. 
7. Pat. na izobretenie 2543465 Rossiiskaya Federatsiya, MPK F24D 3/00. Teplovoi punkt / A. P. Levtsev, A. N. Makeev, S. N. Makeev, S. I. Khramov, Ya. A. Narvatov; zayavitel' i patentoobladatel' A. P. Levtsev, A. N. Makeev, S. N. Makeev. — № 2013137717/12; zayavl. 12.08.2013; opubl. 27.02.2015, Byul. № 6. 
8. Pat. na poleznuyu model' 183591 Rossiiskaya Federatsiya, MPK F24D 3/0, F15B 21/12. Udarnyi uzel / A. P. Levtsev, A. N. Makeev, A. A. Golyanin; zayavitel' i patentoobladatel' FGBOU VO «Natsional'nyi issledovatel'skii Mordovskii gosudarstvennyi universitet im. N. P. Ogareva». — № 2018112914; zayavl. 10.04.2018; opubl. 26.09.2018, Byul. № 27. 
9. Pat. na poleznuyu model' 87501 Rossiiskaya Federatsiya, MPK F24D 11/00. Avtonomnaya sistema otopleniya dlya zdaniya avtonomnogo pol'zovaniya / A. P. Levtsev, A. N. Makeev, A. A. Lazarev; zayavitel' i patentoobladatel' GOU VPO «Mordovskii gosudarstvennyi universitet im. N. P. Ogareva». — № 2009113871/22; zayavl. 13.04.2009; opubl. 10.10.2009, Byul. № 27. 
10. Rostovtsev, V. N. Utilizatsiya malykh padenii vody dlya tselei osusheniya i orosheniya zemel' / inzhener-tekhnolog V. N. Rostovtsev. — Pg., 1916. — 48 s. 
11. Akcay, S. Parametric investigation of effect on heat transfer of pulsating flow of nanofluids in a tube using circular rings / S. Akcay, U. Akdag // Amukkale university journal of engineering sciences-pamukkale universitesi muhendislik bilimleri dergisi. — 2018. — Vol. 24, Issue 4. — P. 597—604. — DOI: 10.5505/pajes.2017.70120. 
12. Ali, S. Heat transfer and mixing enhancement by free elastic flaps oscillation / S. Ali, Ch. Habchi, S. Menanteau, T. Lemenand, J. — L. Harion // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2015. — Vol. 85. — P. 250—264. — DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.01.122. 
13. Butun, H. A heat integration method with multiple heat exchange interfaces / H. Butun, I. Kantor, F. Marechal // ENERGY: 30th International Conference on Efficiency, Cost, Optimisation, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems (ECOS). — 2018. — Vol. 152. — P. 476—488. — DOI: 10.1016/j.energy.2018.03.114; WOS: 000432760200042. 
14. Chang, S. W. Heat transfer in a reciprocating duct fitted with transverse ribs / S. W. Chang, L. M. Su, C. C. Hwang, T. L. Yang // Experimental heat transfer. — 1999. — Vol. 12, Issue 2. — P. 95—115. — DOI: 10.1080/089161599269735. 
15. Désidéri, J. — A. Parametric optimization of pulsating jets in unsteady flow by multiple-gradient descent algorithm (MGDA) / J. — A. Désidéri, R. Duvigneau // Computational Methods in Applied Sciences. — 2019. — Vol. 47. — P. 151—169. — DOI: 10.1007/978-3-319-78325-3_11. 
16. Dushin, N. S. Kinematics of pulsating flow in the entry region of the channel with discrete roughness elements / N. S. Dushin, N. I. Mikheev, A. A. Paereliy, I. M. Gazizov, R. R. Shakirov // Journal of Physics: Conference Series. — 2017. — Vol. 891, Issue 1. — DOI: 10.1088/1742-6596/891/1/012147. 
17. Kærn, M. R. Continuous versus pulsating flow boiling. Experimental comparison, visualization, and statistical analysis / M. R. Kærn, B. Elmegaard, K. E. Meyer, B. Palm, J. Holst // Science and Technology for the Built Environment. — 2017. — Vol. 23, Issue 6. — P. 983—996. — DOI: 10.1080/23744731.2017.1319667. 
18. Levtzev, A. P. Pulsating heat transfer enhancement in the liquid cooling system of power semiconductor converter / A. P. Levtzev, A. N. Makeev, S. F. Kudashev // Indian Journal of Science and Technology. — 2016. — Vol. 9 (11). — DOI: 10.17485/ijst/2016/v9i11/89420. 
19. Makeev, А. N. Implementation of pulse heat supply for dependent connection of customers = Обеспечение импульсного теплоснабжения для зависимого присоединения абонентов / A. N. Makeev // Magazine of Civil 
Engineering = Инженерно-строительный журнал. — 2018. — № 07 (83). — P. 114—125. — DOI: 10.18720/MCE.83.11. 
20. Makeev, А. N. Theory of pulse circulation of the heater in the heat supply system with independent subscription of subscribers / A. N. Makeev // Russian journal of building construction and architecture. — 2018. — Issue № 4 (40) — P. 15—25. — WOS: 000450361700002. 
21. Seo, Y. K. Heat transfer in the thermally developing region of a pulsating channel flow / Young Kim Seo, Ha Kang Byung, Min Hyun Jae // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 1993. — Vol. 36, Issue 17. — P. 4257—4266. — DOI: 10.1016/0017-9310(93)90088-N. 
22. Sundstrom, L. R. J On the Similarity of Pulsating and Accelerating Turbulent Pipe Flows / L. R. J. Sundstrom, M. J. Cervantes, // Flow turbulence and combustion. — 2018. — Vol. 100, Issue 2. — P. 417—436. — DOI: 10.1007/s10494-017-9855-5. 
23. Valueva, E. P. Heat exchange at laminar flow in rectangular channels / E. P. Valueva, M. S. Purdin // Thermophysics and aeromechanics. — 2016. — Vol. 23, Issue 6. — P. 857—867. — DOI: 10.1134/S0869864316060081. 



 
Об издателе · Диссоветы при ВГТУ · Контакты · Поиск · Карта сайта
Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура, все права защищены.
Работает на: Amiro CMS