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


Высокоэффективные кожухотрубные теплообменные аппараты для систем жилищно-коммунального хозяйства


Кущев Л. А., Никулин Н. Ю., Феоктистов А. Ю.


Кущев Л. А., д-р техн. наук, проф. кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, Россия, г. Белгород, тел.: (4722)55-94-38, e-mail: Nick_973gt@mail.ru

Никулин Н. Ю., аспирант кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, Россия, г. Белгород, тел.: +7-908-788-8313, e-mail: Nick_973gt@mail.ru

Феоктистов А. Ю., канд. техн. наук, доц. кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, Россия, г. Белгород, тел.: (4722)55-94-38, e-mail: Nick_973gt@mail.ru

 
 
Постановка задачи. Для системы теплоснабжения Российской Федерации характерен значительный износ оборудования: тепловых сетей и котельных. При этом важным элементом оборудования систем теплоснабжения являются кожухотрубные и пластинчатые теплообменные аппараты, которые используются в ТЭС и АЭС, котельных и др. Применение таких аппаратов является более целесообразным инженерным решением, чем пластинчатых, ввиду эксплуатационных преимуществ и экономических факторов. Рассмотрены способы интенсификации теплообмена кожухотрубных аппаратов. 
Результаты и выводы. Установлено, что наиболее перспективным способом интенсификации теплообмена является изменение геометрии теплообменной поверхности: продольно оребренные теплообменные трубки, трубки с выемками на наружной поверхности и др. Изучены теоретические аспекты повышения теплоотдачи от нагретой твердой поверхности к нагреваемой жидкости с использованием турбулизации жидкости. Предложена оригинальная конструкция кожухотрубного теплообменного аппарата, особенностью которой являются теплообменные трубки, оснащенные пластинами с расположенными на них ребрами цилиндрической формы. По результатам натурного эксперимента установлено, что коэффициент теплопередачи сконструированного кожухотрубного аппарата с измененной геометрией поверхности теплообмена и повышенной турбулизацией в среднем на 20 % больше, чем серийного. 
 
Ключевые слова: теплообменный аппарат, турбулизация, поверхность теплообмена, коэффициент теплопередачи.


DOI: 10.25987/VSTU.2019.54.2.005


Финансирование: статья подготовлена в рамках федеральной программы развития опорного университета на базе БГТУ им. В. Г. Шухова: № А-35/17 «Интенсификация процессов теплообмена в кожухотрубных теплообменных аппаратах энергетики ЖКХ» от 27.04.17. 

 

Библиографический список

1. Алхасова, Д. А. Увеличение теплообмена между потоками оребрением перегородки / Д. А. Алхасова // Материалы междунар. конф. «Мухтаровские чтения»: Современные проблемы математики и смежные вопросы. — Махачкала, 2008. — С. 31—34.
2. Бажан, П. И. Подогреватели ВВПИ — достоинства, недостатки, методика предварительного подбора / П. И. Бажан, С. Е. Исаев, О. Г. Сорокин // Новости теплоснабжения. — 2006. — № 3. — С. 39—47.
3. Башмаков, И. А. Анализ основных тенденций развития систем теплоснабжения России / И. А. Башмаков // Новости теплоснабжения. — 2008. — № 90. — С. 51—58.
4. Буглаев, В. Т. Влияние геометрических параметров сфероидальных элементов рельефа и схемы их расположения на тепловую эффективность пластинчатой поверхности теплообмена / В. Т. Буглаев, A. A. Анисин // Известия вузов. Ядерная энергетика. —2002. — № 3. — С. 39—49.
5. Жукаускас, А. А. Конвективный перенос в теплообменниках / А. А. Жукаускас. — М.: Наука, 1982. — 472 с.
6. Круглов, Г. А. Теоретические исследования степени взаимосвязи турбулизации потока с коэффициентом теплоотдачи / Г. А. Круглов, В. В. Бакунин, М. В. Андреева // Вестник КрасГАСУ. — 2015. — № 6. — С. 67—73.
7. Кунтыш, В. Б. Тепловая эффективность вихревой интенсификации теплоотдачи газового потока при продольном и поперечном обтекании круглотрубных поверхностей / В. Б. Кунтыш, А. Б. Сухоцкий, А. В. Яцевич // Известия высших учебных заведений СНГ. — 2014. — № 2. — С. 68—75.
8. Кучеренко, Д. И. Очистка водоподогревателей систем горячего водоснабжения и отопления / Д. И. Кучеренко // Новости теплоснабжения. — 2004. — № 2. — С. 56—60.
9. Кущев, Л. А. Применение теплообменных аппаратов в системах ЖКХ Белгородской области / Л. А. Кущев, Н. Ю. Никулин, Ю. Г. Овсянников // Научно-технический проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: материалы междунар. науч.-практ. конф. — Саратов, 2018. — С. 111—116.
10. Кущев, Л. А. Современные методы интенсификации теплообмена в кожухотрубных теплообменных аппаратах ЖКХ / Л. А. Кущев, Н. Ю. Никулин, А. И. Алифанова // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. — 2017. — № 9. — С. 73—79.
11. Некрасов, А. С. Перспективы развития теплоснабжения России / А. С. Некрасов, Ю. В. Синяк, С. А. Воронина // Новости теплоснабжения. — 2011. — № 128. — С. 125—131.
12. Олесевич, К. А. Экспериментальное исследование теплогидравлических характеристик кожухотрубного теплообменного аппарата с винтовой перегородкой / К. А. Олесевич, А. К. Олесевич, М. И. Осипов // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. — 2004. — № 2. — С. 262—265.
13. Пат. 149737 U1 Российская Федерация, МПК F28D 7/00 (2015.01). Кожухотрубый теплообменный аппарат / Н. Ю. Никулин, Л. А. Кущев, Д. Ю. Суслов [и др.]; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова». — № 2014134083/06; заявл. 19.08.2014; опубл. 20.01.2015. — 12 с.
14. Статистика // Министерство энергетики РФ: официал. сайт. — URL: https://minenergo.gov.ru/activity/statistic.
15. Шлихтинг, Г. Теория пограничного слоя / Г. Шлихтинг. — М.: Наука, 1974. — 712 с.
16. Jin, M. Optimization research of sextant fan baffle curvature radius in shell and tube heat exchanger / M. Jin, H. J. Liu, X. Y. Wang. — 2017. — Vol. 231. — P. 1 — 6. — URL: https://www.researchgate.net/publication/319888046_Optimization_research_of_sextant_fan_baffle_curvature_radius_in_shell_and_tube_heat_exchanger.
17. Kushchev, L. A. Intensity enhancement of heat exchange in shell-tube heat exchangers with smooth pipes / L. A. Kushchev, N. Yu. Nikulin, A. I. Alifanova // Advances in Engineering Research. — 2017. — Vol. 133. — P. 390—395.
18. Luben, C. G. Thermal Performance Modeling of Cross-Flow Heat Exchangers / C. G. Luben, A. N. Hẻlio, M. S. Josẻ. — German: Springer, 2015. — 226 р.
19. Malhotra, A. Modeling and computation for designs of multistage heat exchangers systems / A. Malhotra, S. Muhaddin // Math. Comput. Modelling. — 1990. — Vol. 14. — P. 826 — 831.
20. Mića, V. Effect of segmental baffles on the shell-and-tube heat exchanger effectiveness / V. Mića, A. Mladen, M. Predrag // Hemijska industrija. — 2014. — Vol. 68 (2). — P. 171 — 177. — DOI: 10.2298/HEMIND130127041V.

 
 

Ссылка для цитирования

Кущев, Л. А. Высокоэффективные кожухотрубные теплообменные аппараты для систем жилищно-коммунального хозяйства / Л. А. Кущев, Н. Ю. Никулин, А. Ю. Феоктистов // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2019. - № 2 (54). - С. 59-67. - DOI: 10.25987/VSTU.2019.54.2.005.

 
 
 
 

English version 

 

Highly Efficient Shell-and-Tube Heat Exchangers for Communal Household Systems

Kushchev L. A., Nikulin N. Yu., Feoktistov A. Yu.
 
 

Kushchev L. A., D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Ventilation, Belgorod State Technological University Named after V. G. Shukhov, Russia, Belgorod, tel.: (4722)55-94-38, e-mail: Nick_973gt@mail.ru

Nikulin N. Yu., PhD student of the Dept. of Heat and Gas Supply and Ventilation, Belgorod State Technological University Named after V. G. Shukhov, Russia, Belgorod, tel.: +7-908-788-8313, e-mail: Nick_973gt@mail.ru

Feoktistov A. Yu., PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Ventilation, Belgorod State Technological University Named after V. G. Shukhov, Russia, Belgorod, tel.: (4722)55-94-38, e-mail: Nick_973gt@mail.ru


 
Statement of the problem. Heat and gas supply equipment (heat networks and boiler rooms) in the Russian Federation is generally worn-out. An important element of the heat and gas supply system is shell-and-tube and lamellar heat exchangers that are employed in thermal electric stations and atomic electric stations, boiler rooms, etc. The use of these tools is a more viable engineering solution than lamellar ones due to a number of operational and economic factors. The methods of enhancing heat exchange of shell-and-tube tools are discussed. 
Results and conclusions. It was found that the most promising method of enhancing heat exchange is to change the geometry of a heat exchanger surface: longitudinally ribbed heat exchanger tubes, tubes with a hole on the outside surface, etc. The theoretical aspects of increasing heat emission of the heated solid surface using liquid turbulization. An original structure of the shell-and-tube heat exchanger with special heat exchange tubes fitted with plates with cylindrical ribs. According to the natural experiment, the heat exchange coefficient of the resulting shell-and-tube heat exchanger with the modified geometry of the heat exchanger surface and on average 20 % higher turbulization than that of the mass production one. 
 
Keywords: heat exchanger, turbulization, heat exchanger surface, heat exchange coefficient. 


DOI: 10.25987/VSTU.2019.54.2.005

References

1. Alkhasova, D. A. Uvelichenie teploobmena mezhdu potokami orebreniem peregorodki / D. A. Alkhasova // Materialy mezhdunar. konf. «Mukhtarovskie chteniya»: Sovremennye problemy matematiki i smezhnye voprosy. — Makhachkala, 2008. — S. 31—34. 
2. Bazhan, P. I. Podogrevateli VVPI — dostoinstva, nedostatki, metodika predvaritel'nogo podbora / P. I. Bazhan, S. E. Isaev, O. G. Sorokin // Novosti teplosnabzheniya. — 2006. — № 3. — S. 39—47. 
3. Bashmakov, I. A. Analiz osnovnykh tendentsii razvitiya sistem teplosnabzheniya Rossii / I. A. Bashmakov // Novosti teplosnabzheniya. — 2008. — № 90. — S. 51—58. 
4. Buglaev, V. T. Vliyanie geometricheskikh parametrov sferoidal'nykh elementov rel'efa i skhemy ikh raspolozheniya na teplovuyu effektivnost' plastinchatoi poverkhnosti teploobmena / V. T. Buglaev, A. A. Anisin // Izvestiya vuzov. Yadernaya energetika. —2002. — № 3. — S. 39—49. 
5. Zhukauskas, A. A. Konvektivnyi perenos v teploobmennikakh / A. A. Zhukauskas. — M.: Nauka, 1982. — 472 s. 
6. Kruglov, G. A. Teoreticheskie issledovaniya stepeni vzaimosvyazi turbulizatsii potoka s koeffitsientom teplootdachi / G. A. Kruglov, V. V. Bakunin, M. V. Andreeva // Vestnik KrasGASU. — 2015. — № 6. — S. 67—73. 
7. Kuntysh, V. B. Teplovaya effektivnost' vikhrevoi intensifikatsii teplootdachi gazovogo potoka pri prodol'nom i poperechnom obtekanii kruglotrubnykh poverkhnostei / V. B. Kuntysh, A. B. Sukhotskii, A. V. Yatsevich // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii SNG. — 2014. — № 2. — S. 68—75. 
8. Kucherenko, D. I. Ochistka vodopodogrevatelei sistem goryachego vodosnabzheniya i otopleniya / D. I. Kucherenko // Novosti teplosnabzheniya. — 2004. — № 2. — S. 56—60. 
9. Kushchev, L. A. Primenenie teploobmennykh apparatov v sistemakh ZhKKh Belgorodskoi oblasti / L. A. Kushchev, N. Yu. Nikulin, Yu. G. Ovsyannikov // Nauchno-tekhnicheskii problemy sovershenstvovaniya i razvitiya sistem gazoenergosnabzheniya: materialy mezhdunar. nauch.-prakt. konf. — Saratov, 2018. — S. 111—116. 
10. Kushchev, L. A. Sovremennye metody intensifikatsii teploobmena v kozhukhotrubnykh teploobmennykh apparatakh ZhKKh / L. A. Kushchev, N. Yu. Nikulin, A. I. Alifanova // Vestnik BGTU im. V. G. Shukhova. — 2017. — № 9. — S. 73 — 79. 
11. Nekrasov, A. S. Perspektivy razvitiya teplosnabzheniya Rossii / A. S. Nekrasov, Yu. V. Sinyak, S. A. Voronina // Novosti teplosnabzheniya. — 2011. — № 128. — S. 125—131. 
12. Olesevich, K. A. Eksperimental'noe issledovanie teplogidravlicheskikh kharakteristik kozhukhotrubnogo teploobmennogo apparata s vintovoi peregorodkoi / K. A. Olesevich, A. K. Olesevich, M. I. Osipov // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. N. E. Baumana. — 2004. — № 2. — S. 262—265. 
13. Pat. 149737 U1 Rossiiskaya Federatsiya, MPK F28D 7/00 (2015.01). Kozhukhotrubyi teploobmennyi apparat / N. Yu. Nikulin, L. A. Kushchev, D. Yu. Suslov [et al.]; zayavitel' i patentoobladatel' FGBOU VPO «Belgorodskii gosudarstvennyi tekhnologicheskii universitet im. V. G. Shukhova». — № 2014134083/06; zayavl. 19.08.2014; opubl. 20.01.2015. — 12 s. 
14. Statistika // Ministerstvo energetiki RF: ofitsial. sait. — URL: https://minenergo.gov.ru/activity/statistic. 
15. Shlikhting, G. Teoriya pogranichnogo sloya / G. Shlikhting. — M.: Nauka, 1974. — 712 s. 
16. Jin, M. Optimization research of sextant fan baffle curvature radius in shell and tube heat exchanger / M. Jin, H. J. Liu, X. Y. Wang. — 2017. — Vol. 231. — P. 1 — 6. — URL: https://www.researchgate.net/publication/319888046_Optimization_research_of_sextant_fan_baffle_curvature_radius_in_shell_and_tube_heat_exchanger. 
17. Kushchev, L. A. Intensity enhancement of heat exchange in shell-tube heat exchangers with smooth pipes / L. A. Kushchev, N. Yu. Nikulin, A. I. Alifanova // Advances in Engineering Research. — 2017. — Vol. 133. — P. 390—395. 
18. Luben, C. G. Thermal Performance Modeling of Cross-Flow Heat Exchangers / C. G. Luben, A. N. Hẻlio, M. S. Josẻ. — German: Springer, 2015. — 226 р. 
19. Malhotra, A. Modeling and computation for designs of multistage heat exchangers systems / A. Malhotra, S. Muhaddin // Math. Comput. Modelling. — 1990. — Vol. 14. — P. 826 — 831. 
20. Mića, V. Effect of segmental baffles on the shell-and-tube heat exchanger effectiveness / V. Mića, A. Mladen, M. Predrag // Hemijska industrija. — 2014. — Vol. 68 (2). — P. 171 — 177. — DOI: 10.2298/HEMIND130127041V. 



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