ISSN 2541-7592

НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Русский 
English 
    
 


Правила написания
и оформления статей

Правила
рецензирования

Памятка рецензента


Публикационная
этика 








Нашли ошибку на сайте?

Сообщите нам:   







 

Архив выпусков

Выпуск 4 (60), 2020


Компьютерное моделирование движения теплоносителя в гофрированном канале пластинчатого теплообменника


Кущев Л. А., Мелькумов В. Н., Саввин Н. Ю.


Кущев Л. А., д-р техн. наук, проф. кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, Инженерно-строительный институт, Россия, г. Белгород, тел.: +7-910-363-62-09, e-mail: leonidkuskev@gmail.com

Мелькумов В. Н., д-р техн. наук, проф. кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, тел.: (473) 271-53-21, e-mail: teplosnab_kaf@vgasu.vrn.ru

Саввин Н. Ю., аспирант кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, Инженерно-строительный институт, Россия, г. Белгород, тел.: +7-952-422-25-75, e-mail: n-savvin@mail.ru

 
 
Постановка задачи. Рассматривается теплообменный процесс, протекающий в модифицированном гофрированном межпластинном канале интенсифицированного пластинчатого теплообменного аппарата с повышенной турбулизацией теплоносителя. Необходимо разработать компьютерную модель движения теплоносителя в диапазоне скоростей 0,1-1,5 м/с и определить коэффициент турбулизации пластинчатого теплообменника. 
Результаты. Приведены результаты компьютерного моделирования движения теплоносителя в межпластинном гофрированном канале оригинального пластинчатого теплообменного аппарата с помощью программного комплекса Аnsys. Определены критерии устойчивости системы. Выполнено 3D-моделирование канала, образуемого гофрированными пластинами. При исследовании процесса турбулизации были рассмотрены несколько скоростных режимов движения теплоносителя. Определен коэффициент турбулизации Tu, %. 
Выводы. В результате компьютерного моделирования установлено увеличение коэффициента теплопередачи К, Вт/(м2 0С) за счет повышенной турбулизации потока, что приводит к снижению металлоемкости и уменьшению стоимости теплообменного оборудования.
 
Ключевые слова: компьютерное моделирование, коэффициент теплопередачи, пластинчатый теплообменный аппарат, гофрированная поверхность, коэффициент турбулизации.


DOI: 10.36622/VSTU.2020.60.4.005

 

Библиографический список

1. Алифанов, О. М. Обратные задачи в исследовании сложного теплообмена / О. М. Алифанов, Е. А. Артюхин, А. В. Ненарокомов. – М.: Янус-К, 2009. – 300 c.
2. Выгодский, М. Я. Справочник по высшей математике / М. Я. Выгодский. – М.: Физико-математическая литература, 2010. – 890 c.
3. Гухман, А. А. Интенсификация конвективного теплообмена и проблема сравнительной оценки теплообменных поверхностей / А. А. Гухман. – М.: Теплоэнергетика, 1977. – № 4, С. 5-8.
4. Жидков А. В. Применение системы ANSYS к решению задач геометрического и конечно-элементного моделирования / Анатолий Жидков. – Нижний Новгород: Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского, 2006. - 115 с.
5. Жукаускас, А. А. Конвективный перенос в теплообменниках / А. А. Жукаускас. – М.: Наука, 1982. – 472 с.
6. Каплун, А. Б. ANSYS в руках инженера. Практическое руководство / А. Б. Каплун, Е. М. Морозов, М. А. Олферьева. – М.: Либроком, 2015. – 272 c.
7. Кудинов, В. А. Теплотехника / В. А. Кудинов, Э. М. Карташов, Е. В. Стефанюк. – М.: Абрис, 2014. – 424 c.
8. Кудинов, И. В. Математическое моделирование гидродинамики и теплообмена в движущихся жидкостях: Монография / И. В. Кудинов. – СПб.: Лань, 2015. – 208 c.
9. Кущев, Л. А. Современные методы повышения эффективности работы систем теплоснабжения / Л. А. Кущев, Н. Ю. Никулин, А. Н. Ряполов // Повышение эффективности строительного производства за счет применения новых материалов и инновационных технологий: сб. тр. Всерос. Науч.-практ. конф. – Рязань, 2013. – С. 113-118.
10. Макаров, А. Н. Теплообмен в электродуговых и факельных металлургических печах и энергетических установках. Учебн.пос / А. Н. Макаров. – СПб.: Лань, 2014. – 384 c.
11. Маринюк, Б. Расчеты теплообмена в аппаратах и системах низкотемпературной техники / Б. Маринюк. – М.: Машиностроение, 2015. – 272 c.
12. Пат. № 199344 Российская Федерация МПК7 F28F 3/00 Пластина теплообменника / Кущев Л. А., Саввин Н. Ю., Феоктистов А. Ю.; заявитель и патентообладатель Белгород. гос. технолог. ун-т им. В. Г. Шухова. - № 2020114112; заявл. 03.04.2020; опубл. 28.08.2020, Бюл. №25. 5 с.
13. Рудской, А. И. Математическое моделирование гидродинамики и теплообмена в движущихся жидкостях: Монография / А. И. Рудской, В. А. Лунев. – СПб.: Лань, 2015. – 208 c.
14. Саввин, Н. Ю. Высокоэффективный теплообменный аппарат для системы жилищно-коммунального хозяйства /Н. Ю. Саввин, Н. Ю. Никулин // Сборник научных трудов в 9 ч. – Новосибирск: НГТУ, 2019. – С. 256-262.
15. Саввин, Н. Ю. Применение теплообменных аппаратов в централизованном теплоснабжении / Н. Ю. Саввин, Н. Ю. Никулин // В сборнике: XIII международная практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс» – Губкин, 2020. – С. 302-304.
16. Саввин, Н. Ю. Совершенствование конструкции пластинчатого теплообменного аппарата // Международная научно-техническая конференция молодых ученых. – Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2020. – С. 2240-2244.
17. Gulenoglu. C. Experimental comparison of performances of three different plates for gasketed plate heat exchangers / Akturk F., Aradag S., Sezer Uzol N., Kakac S. // International Journal of Thermal Sciences . – 2014. – № 75. – С. 249-256.
18. Gupta, A. K. Performance measurement of plate fin heat exchanger by exploration: ANN, ANFIS, GA, and SA / Kumar P., Sahoo R. K., Sahu A. K., Sarangi S. K. // Journal of Computational Design and Engineering. – 2016. – № 4. – С. 60-68.
19. Huikun, C. Numerical and experimental study on the influence of top bypass flow on the performance of plate fin heat exchanger / Lijun S., Yidai L., Zeju W. // Applied Thermal Engineering. – 2018. – № 146. – С. 356-363.
20. Kexin, X. Design and optimization of plate heat exchanger networks / Robin S., Nan Z. // Computer Aided Chemical Engineering. – 2017. – № 40. – С. 1819-1824.
21. Wagh, Р. Optimization of a Shell and Tube Condenser using Numerical Method / Р. Wagh, M.U. Pople // Int. Journal of Engineering Research and Applications. – 2015. – Vol. 7. – Р. 9–15.


 

Ссылка для цитирования

Кущев, Л. А. Компьютерное моделирование движения теплоносителя в гофрированном канале пластинчатого теплообменника / Л. А. Кущев, В. Н. Мелькумов, Н. Ю. Саввин // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2020. - № 4 (60). - С. 51-58. - DOI: 10.36622/VSTU.2020.60.4.005.

 
 
 
 

English version 

 

Computer Simulation of Flow in Corrugated Channel of Plate Heat Exchanger

Kushchev L. А., Melkumov V. N., Savvin N. Yu.
 
 

Kushchev L. А., D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Heating and Ventilation, Belgorod State Technological University Named after V.G. Shukhov, Institute of civil engineering, Russia, Belgorod, tel.: +7-910-363-62-09, e-mail: leonidkuskev@gmail.com 

Melkumov V. N., D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, tel.: (473) 271-53-21, e-mail: teplosnab_kaf@vgasu.vrn.ru

Savvin N. Yu., PhD student of the Dept. of Heating and Ventilation, Belgorod State Technological University Named after V.G. Shukhov, Institute of civil engineering, Russia, Belgorod, tel.: +7-952-422-25-75, e-mail: n-savvin@mail.ru


 
Statement of the problem. The heat exchange process occurring in a modified corrugated interplate channel of an intensified plate heat exchanger with an increased turbulence of the heat carrier is discussed. A computer model of the coolant movement in the speed range of 0.1-1.5 m/s is developed and the turbulence coefficient of the plate heat exchanger is determined. 
Results. The article presents the results of computer modeling of the coolant movement in the interplate corrugated channel of the original plate heat exchanger using the Ansys software package. The criteria of system stability are defined. 3D modeling of the channel formed by corrugated plates is performed. In the study of the process of turbulence several high-speed modes of movement of the coolant were considered. The turbulence coefficient Tu, % is determined. 
Conclusions. As a result of computer simulation, an increase in the heat transfer coefficient K, W/(m2 ℃) was found due to an increased turbulization of the flow, which leads to a decrease in metal consumption and a decrease in the cost of heat exchange equipment. 
 
Keywords: computer simulation, heat transfer coefficient, plate heat exchanger, corrugated surface and the coefficient of turbulence. 


DOI: 10.36622/VSTU.2020.60.4.005

References

1. Alifanov, O. M. Inverse problems in the study of complex heat transfer / O. M. Alifanov, E. A. Artyukhin, A.V. Nenarokomov. - M.: Janus-K, 2009. - 300 p. 
2. Vygodsky, M. Ya. Handbook of higher mathematics / M. Ya. Vygodsky. - M.: Physical and mathematical literature, 2010. - 890 p. 
3. Gukhman, A. A. intensification of convective heat transfer and the problem of comparative evaluation of heat exchange surfaces / A. A. Gukhman. - M.: Teploenergetika, 1977, No. 4, P. 5-8. 
4. Zhidkov A.V. Application of the ANSYS system to solving problems of geometric and finite element modeling / Anatoly Zhidkov. - Nizhny Novgorod: Lobachevsky state University of Nizhny Novgorod, 2006, 115 p. 
5. Zhukauskas, A. A. Convective transfer in heat exchangers / A. A. Zhukauskas. - Moscow: Nauka, 1982. - 472 p. 
6. Kaplun, A. B. ANSYS in the hands of an engineer. Practical guide / A. B. Kaplun, E. M. Morozov, M. A. Olfereva. - M.: Librokom, 2015. - 272 p. 
7. Kudinov, V. A. Teplotekhnika / V. A. Kudinov, E. M. Kartashov, E. V. Stefanyuk. - M.: Abris, 2014. - 424 p. 
8. Kudinov, I. V. Mathematical modeling of hydrodynamics and heat transfer in moving liquids / I. V. Kudinov. - SPb.: LAN, 2015. - 208 p. 
9. Kushchev, L. A. Modern methods for improving the efficiency of heat supply systems / L. A. Kushchev, N. Yu. Nikulin, A. N. Ryapolov // Improving the efficiency of the construction production through the use of new materials and innovative technologies: collection of works]. Vseros. Scientific-practical Conf. - Ryazan, 2013. - P. 113-118. 
10. Makarov, A. N. Heat Transfer in electric arc and flare metallurgical furnaces and power plants. Training.pic / A. N. Makarov. - SPb.: LAN, 2014. - 384 p. 
11. Marinyuk, B. Calculations of heat transfer in apparatuses and systems of low-temperature equipment / B. Marinyuk. - Moscow: Mashinostroenie, 2015. - 272 p. 
12. Pat. No. 199344 Russian Federation MPK7 F28F 3/00 Heat exchanger Plate / Kushchev L. A., Savvin N. Yu., Feoktistov A. Yu.; applicant and patent holder Belgorod state technologist. V. G. Shukhov Univ. - No. 2020114112; application 03.04.2020; publ. 28.08.2020, Byul. no. 25. 5 p. 
13. Rudskoy, A. I. Mathematical modeling of hydrodynamics and heat transfer in moving liquids: Monograph / A. I. Rudskoy, V. A. Lunev. - SPb.: LAN, 2015. - 208 p. 
14. Savvin, N. Yu. High-Efficiency heat exchanger for housing and communal services / N. Yu. Savvin, N. Yu.Nikulin // Collection of scientific papers in 9 hours-Novosibirsk: NSTU, 2019. - Pp. 256-262. 
15. Savvin, N. Yu. Application of heat exchangers in centralized heat supply / N. Yu. Savvin, N. Yu. Nikulin // In the collection: XIII international practical conference of students, postgraduates and young scientists "Youth and scientific and technical progress" - Gubkin, 2020. - Pp. 302-304. 
16. Savvin, N. Yu. Improving the design of a plate heat exchanger // International scientific and technical conference of young scientists. - Belgorod: BSTU named after V. G. Shukhov, 2020. - Pp. 2240-2244. 
17. Gulenoglu. C. Experimental comparison of performances of three different plates for gasketed plate heat exchangers / Akturk F., Aradag S., Sezer Uzol N., Kakac S. // International Journal of Thermal Sciences . - 2014. - №75. - С. 249-256. 
18. Gupta, A. K. Performance measurement of plate fin heat exchanger by exploration: ANN, ANFIS, GA, and SA / Kumar P., Sahoo R. K., Sahu A. K., Sarangi S. K. // Journal of Computational Design and Engineering. - 2016. - №4. - С. 60-68. 
19. Huikun, C. Numerical and experimental study on the influence of top bypass flow on the performance of plate fin heat exchanger / Lijun S., Yidai L., Zeju W. // Applied Thermal Engineering. - 2018. - №146. - С. 356-363. 
20. Kexin, X.. Design and optimization of plate heat exchanger networks / Robin S., Nan Z. // Computer Aided Chemical Engineering. - 2017. - №40. - С. 1819-1824. 
21. Wagh, Р. Optimization of a Shell and Tube Condenser using Numerical Method / Р. Wagh, M.U. Pople // Int. Journal of Engineering Research and Applications. – 2015. – Vol. 7. – Р. 9–15. 



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