Нашли ошибку на сайте?Сообщите нам:
НОВОСТИ
19.09.23
12.07.23
19.06.23
22.05.23
|
| |
|
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.
|
|
|
|
|
