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 (68), 2022


Моделирование движения теплоносителя в трубчатых радиаторах отопления


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

 

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., канд. техн. наук, доц. 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

Чуйко В. В., аспирант кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, Инженерно-строительный институт, Россия, г. Белгород, тел.: +7-980-524-11-26, e-mail: valeriy-chuyco@yandex.ru

 
 
Постановка задачи. Рассматривается движение теплоносителя в секциях трубчатых радиаторов отопления оригинальных конструкций, содержащих турбулизаторы разных типов. Необходимо разработать модели движения теплоносителя в рассматриваемых конструкциях в диапазоне скоростей 0,5—1,5 м/с и сравнить интенсивность турбулизации потока в них.
Результаты. С помощью модуля Flow Simulation программного комплекса SOLIDWORKS получены результаты моделирования движения теплоносителя в секциях оригинальных трубчатых радиаторов отопления с турбулизирующими вставками. Построены 3D-модели секций радиаторов. Приведены зависимости числа Re от скорости движения теплоносителя и распределение интенсивности турбулентности в секциях радиаторов.
Выводы. По результатам моделирования произведено сравнение конструкций секций оригинальных трубчатых радиаторов отопления со стандартным. Определена турбулизирующая вставка, обеспечивающая наибольшее число Re и интенсивность турбулентности в секции радиатора.
 
Ключевые слова: моделирование, Solidworks, трубчатый радиатор отопления, турбулизация, интенсификация, теплообменный процесс, 3D-модель.


DOI: 10.36622/VSTU.2022.68.4.004

 

Библиографический список

1. Афанасьев, В. Н. Экспериментальное исследование турбулентного пограничного слоя при наличии в нем прямоугольного перфорированного выступа / В. Н. Афанасьев, К. Дехай, С. И. Гетя, В. Л. Трифонов // Инженерный журнал: наука и инновации. — 2019. — № 7 (91). — С. 8.
2. Башмаков, И. А. Анализ основных тенденций развития систем теплоснабжения России / И. А. Башмаков // Новости теплоснабжения. — 2008. — Т. 2. — С. 6—9.
3. Белозерцев, В. Н. 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.
4. Доклад о состоянии теплоэнергетики и централизованного теплоснабжения в Российской Федерации в 2020 г. // Министерство энергетики Российской Федерации [оф. сайт]. — https://minenergo.gov.ru/node/22832 (дата обращения 25.09.2022).
5. Жукаускас, А. А. Конвективный перенос в теплообменниках / А. А. Жукаускас. — М.: Наука, 1982. — 472 с.
6. Земсков, А. А. Способы интенсификации теплообмена / А. А. Земсков, Т. С. Бакрунова // Актуальные проблемы энергетики АПК. — 2019. — С. 110—111.
7. 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.
8. Кулаков, В. В. Экспериментальное исследование теплообменной поверхности с полусферическими выступами и впадинами / В. В. Кулаков, С. И. Каськов // Будущее машиностроения России. — 2018. — С. 381—384.
9. Кустов, Б. О. 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.
10. Кущев, Л. А. Современные способы повышения эффективности работы отопительных приборов в ЖКХ / Л. А. Кущев, Н. Ю. Саввин, С. С. Якшин // Инновационный потенциал развития общества: взгляд молодых ученых. — 2020. — С. 304—307.
11. Кущев, Л. А. Тепловизионные исследования оригинальной пластины теплообменника / Л. А. Кущев, Н. Ю. Саввин // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. — 2021. — № . 1. — С. 38—45.
12. Михеев, М. А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. — М.: Энергия, 1977. — 344 с.
13. Нащокин, В. В. Техническая термодинамика и теплопередача / В. В. Нащокин. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1975. — 497 с.
14. Пат. № 149737 Российская Федерация. МПК F28D 7/00. Кожухотрубный теплообменный аппарат / Никулин Н. Ю., Кущев Л. А., Суслов Д. Ю., Уваров В. А.; заявитель и патентообладатель Белгород. гос. технолог. ун-т им. В. Г. Шухова. — № 2014134083/06; заявл. 19.08.14; опубл. 20.01.15, Бюл. № 2. — 3 с.
15. Пат. № 199344 Российская Федерация. МПК 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.
16. Пат. № 211314 Российская Федерация. МПК F24D 3/06. Трубчатый радиатор отопления / Кущев Л. А., Чуйко В. В., Уваров В. А., Саввин Н. Ю., Булгаков С. Б., Алифанова А. И., Архипова Н. А.; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В. Г. Шухова. — № 2022105089; заявл. 25.02.2022; опубл. 31.05.2022, Бюл. № 16. — 8 с.
17. Пат. № 212260 Российская Федерация. МПК F24H 3/06. Трубчатый радиатор отопления / Кущев Л. А., Чуйко В. В., Уваров В. А., Саввин Н. Ю., Булгаков С. Б., Алифанова А. И.; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В. Г. Шухова. — № 2022109028; заявл. 05.04.2022; опубл. 13.07.2022, Бюл. № 20. — 7 с.
18. Пат. № 212261 Российская Федерация. МПК F24H 3/08. Трубчатый радиатор отопления / Кущев Л. А., Чуйко В. В., Уваров В. А., Саввин Н. Ю., Булгаков С. Б., Феоктистов А. Ю.; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В. Г. Шухова. — № 2022111379; заявл. 24.04.2022; опубл. 13.07.2022, Бюл. № 20. — 5с.
19. Саввин, Н. Ю. Увеличение энергоэфективности пластинчатого теплообменного оборудования / Н. Ю. Саввин, Л. А. Кущев, А. И. Алифанова // Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе. — 2020. — С. 44—46.
20. Семикашев, В. В. Теплоснабжение в России: текущая ситуация и проблемы инвестиционного развития / В. В. Семикашев // Всероссийский экономический журнал ЭКО. — 2019. — № . 9. — С. 23—47.
21. Теплоснабжение населенных пунктов // Федеральная служба государственной статистики [оф. сайт]. — https://rosstat.gov.ru/storage/mediabank/jkh3.docx (дата обращения 06.11.2022).
22. Alfarawi, S. Experimental investigations of heat transfer enhancement from rectangular duct roughened by hybrid ribs / S. Alfarawi, S. A. Abdel-Moneim, A. Bodalal // International Journal of Thermal Sciences. — 2017. — Vol. 118. — Р. 123—138.
23. Kang, C. Characterization of turbulent heat transfer in ribbed pipe flow / C. Kang, K. S. Yang // Journal of Heat Transfer. — 2016. — Vol. 138, № . 4. — Р. 41—50.
24. Maradiya, C. The heat transfer enhancement techniques and their thermal performance factor / C. Maradiya, J. Vadher, R. Agarwal // Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences. — 2018. — Vol. 7, № 1. — Р. 1—21.
25. Song, K. Flow Symmetry and Heat Transfer Characteristics of Winglet Vortex Generators Arranged in Common Flow up Configuration / K. Song, T. Tagawa, Z. Chen // Symmetry. — 2020. — № 12. — Р. 38—44.
26. Song, K. Thermo-hydraulic performance optimization of wavy fin heat exchanger by combining delta winglet vortex generators / K. Song, T. Tagawa, Z. Chen, Q. Zhang // International Journal of Thermal Sciences. — 2019. — № 163. — Р. 113-119.
27. Yuan, W. 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. — Vol. 8. — № 5. — Р. 776.

 
 

Ссылка для цитирования

Кущев, Л. А. Моделирование движения теплоносителя в трубчатых радиаторах отопления / Л. А. Кущев, В. Н. Мелькумов, Н. Ю. Саввин, В. В. Чуйко // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2022. - № 4 (68). - С. 40-49. - DOI: 10.36622/VSTU.2022.68.4.004.

 
 
 
 

English version 

 

Simulation of Heat Carrier Motion in Tubular Heating Radiators

Kushchev L. A., Melkumov V. N., Savvin N. Yu., Chuiko V. V.
 
 

Kushchev L. A., D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Ventilation, Belgorod State Technological University. V. G. Shukhov, Civil Engineering Institute, 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.: +7 (473) 271-53-21, e-mail: teplosnab_kaf@vgasu.vrn.ru

Savvin N. Yu., PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Ventilation, Belgorod State Technological University. V. G. Shukhov, Civil Engineering Institute, Russia, Belgorod, tel.: +7-952-422-25-75, e-mail: n-savvin@mail.ru

Chuiko V. V., PhD student of the Dept. of Heat and Gas Supply and Ventilation, Belgorod State Technological University. V. G. Shukhov, Civil Engineering Institute, Russia, Belgorod, tel.: +7-980-524-11-26, e-mail: valeriy-chuyco@yandex.ru


 
Statement of the problem. The movement of the coolant in sections of tubular heating radiators of original designs containing various types of turbulators is considered. It is necessary to develop models of the movement of the coolant in the structures under consideration in the speed range of 0.5—1.5 m/s and compare the intensity of flow turbulence in them.
Results. Using the Flow Simulation module of the SOLIDWORKS software package, the results of modeling the movement of a coolant in sections of original tubular heating radiators with turbulent inserts were obtained. 3D models of radiator sections were built. The dependences of the Re number on the coolant velocity and the distribution of turbulence intensity in the radiator sections are given.
Conclusions. Based on the results of the simulation, the designs of the sections of the original tubular heating radiators were compared with the standard ones. A turbulent insert providing the highest Re number and turbulence intensity in the radiator section has been determined. 
 
Keywords: modeling, Solidworks, tubular heating radiator, turbulence, intensification, heat exchange process, 3D model. 


DOI: 10.36622/VSTU.2022.68.4.004

References

1. Afanas'ev, V. N. Eksperimental'noe issledovanie turbulentnogo pogranichnogo sloya pri nalichii v nem pryamougol'nogo perforirovannogo vystupa / V. N. Afanas'ev, K. Dekhai, S. I. Getya, V. L. Trifonov // Inzhenernyi zhurnal: nauka i innovatsii. — 2019. — № 7 (91). — S. 8.
2. Bashmakov, I. A. Analiz osnovnykh tendentsii razvitiya sistem teplosnabzheniya Rossii / I. A. Bashmakov // Novosti teplosnabzheniya. — 2008. — T. 2. — S. 6—9.
3. Belozertsev, V. N. Intensifikatsiya teploobmena / V. N. Belozertsev, V. V. Biryuk, A. I. Dovgyallo, S. O. Nekrasova, D. A. Uglanov, D. V. Sarmin. — Samara: Izd-vo Samarskogo universiteta, 2018. — 208 s.
4. Doklad o sostoyanii teploenergetiki i tsentralizovannogo teplosnabzheniya v Rossiiskoi Federatsii v 2020 g. // Ministerstvo energetiki Rossiiskoi Federatsii [of. sait]. — https://minenergo.gov.ru/node/22832 (data obrashcheniya 25.09.2022).
5. Zhukauskas, A. A. Konvektivnyi perenos v teploobmennikakh / A. A. Zhukauskas. — M.: Nauka, 1982. — 472 s.
6. Zemskov, A. A. Sposoby intensifikatsii teploobmena / A. A. Zemskov, T. S. Bakrunova // Aktual'nye problemy energetiki APK. — 2019. — S. 110—111.
7. 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.
8. Kulakov, V. V. Eksperimental'noe issledovanie teploobmennoi poverkhnosti s polusfericheskimi vystupami i vpadinami / V. V. Kulakov, S. I. Kas'kov // Budushchee mashinostroeniya Rossii. — 2018. — S. 381—384.
9. Kustov, B. O. Eksperimental'nye issledovaniya perspektivnykh sposobov intensifikatsii teploperedachi v trubchatom teploobmennike / B. O. Kustov, A. V. Bal'chugov, A. V. Badenikov, M. V. Gerasimchuk, K. D. Zakharov // Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. — 2020. — T. 331. — № . 3. — S. 174—183.
10. Kushchev, L. A. Sovremennye sposoby povysheniya effektivnosti raboty otopitel'nykh priborov v ZhKKh / L. A. Kushchev, N. Yu. Savvin, S. S. Yakshin // Innovatsionnyi potentsial razvitiya obshchestva: vzglyad molodykh uchenykh. — 2020. — S. 304—307.
11. Kushchev, L. A. Teplovizionnye issledovaniya original'noi plastiny teploobmennika / L. A. Kushchev, N. Yu. Savvin // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V. G. Shukhova. — 2021. — № . 1. — S. 38—45.
12. Mikheev, M. A. Osnovy teploperedachi / M. A. Mikheev, I. M. Mikheeva. — M.: Energiya, 1977. — 344 s.
13. Nashchokin, V. V. Tekhnicheskaya termodinamika i teploperedacha / V. V. Nashchokin. — 2-e izd., pererab. i dop. — M.: Vyssh. shk., 1975. — 497 s.
14. Pat. № 149737 Rossiiskaya Federatsiya. MPK F28D 7/00. Kozhukhotrubnyi teploobmennyi apparat / Nikulin N. Yu., Kushchev L. A., Suslov D. Yu., Uvarov V. A.; zayavitel' i patentoobladatel' Belgorod. gos. tekhnolog. un-t im. V. G. Shukhova. — № 2014134083/06; zayavl. 19.08.14; opubl. 20.01.15, Byul. № 2. — 3 s.
15. Pat. № 199344 Rossiiskaya Federatsiya. MPK F28F 3/00. Plastina teploobmennika / Kushchev L. A., Savvin N. Yu., Feoktistov A. Yu.; zayavitel' i patentoobladatel' Belgorod. gos. tekhnolog. un-t im. V. G. Shukhova. — № 2020114112; zayavl. 03.04.2020; opubl. 28.08.2020, Byul. № 25. — 5 s.
16. Pat. № 211314 Rossiiskaya Federatsiya. MPK F24D 3/06. Trubchatyi radiator otopleniya / Kushchev L. A., Chuiko V. V., Uvarov V. A., Savvin N. Yu., Bulgakov S. B., Alifanova A. I., Arkhipova N. A.; zayavitel' i patentoobladatel' BGTU im. V. G. Shukhova. — № 2022105089; zayavl. 25.02.2022; opubl. 31.05.2022, Byul. № 16. — 8 s.
17. Pat. № 212260 Rossiiskaya Federatsiya. MPK F24H 3/06. Trubchatyi radiator otopleniya / Kushchev L. A., Chuiko V. V., Uvarov V. A., Savvin N. Yu., Bulgakov S. B., Alifanova A. I.; zayavitel' i patentoobladatel' BGTU im. V. G. Shukhova. — № 2022109028; zayavl. 05.04.2022; opubl. 13.07.2022, Byul. № 20. — 7 s.
18. Pat. № 212261 Rossiiskaya Federatsiya. MPK F24H 3/08. Trubchatyi radiator otopleniya / Kushchev L. A., Chuiko V. V., Uvarov V. A., Savvin N. Yu., Bulgakov S. B., Feoktistov A. Yu.; zayavitel' i patentoobladatel' BGTU im. V. G. Shukhova. — № 2022111379; zayavl. 24.04.2022; opubl. 13.07.2022, Byul. № 20. — 5s.
19. Savvin, N. Yu. Uvelichenie energoefektivnosti plastinchatogo teploobmennogo oborudovaniya / N. Yu. Savvin, L. A. Kushchev, A. I. Alifanova // Energosberezhenie i innovatsionnye tekhnologii v toplivno-energeticheskom komplekse. — 2020. — S. 44—46.
20. Semikashev, V. V. Teplosnabzhenie v Rossii: tekushchaya situatsiya i problemy investitsionnogo razvitiya / V. V. Semikashev // Vserossiiskii ekonomicheskii zhurnal EKO. — 2019. — № . 9. — S. 23—47.
21. Teplosnabzhenie naselennykh punktov // Federal'naya sluzhba gosudarstvennoi statistiki [of. sait]. — https://rosstat.gov.ru/storage/mediabank/jkh3.docx (data obrashcheniya 06.11.2022).
22. Alfarawi, S. Experimental investigations of heat transfer enhancement from rectangular duct roughened by hybrid ribs / S. Alfarawi, S. A. Abdel-Moneim, A. Bodalal // International Journal of Thermal Sciences. — 2017. — Vol. 118. — Р. 123—138.
23. Kang, C. Characterization of turbulent heat transfer in ribbed pipe flow / C. Kang, K. S. Yang // Journal of Heat Transfer. — 2016. — Vol. 138, № . 4. — Р. 41—50.
24. Maradiya, C. The heat transfer enhancement techniques and their thermal performance factor / C. Maradiya, J. Vadher, R. Agarwal // Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences. — 2018. — Vol. 7, № 1. — Р. 1—21.
25. Song, K. Flow Symmetry and Heat Transfer Characteristics of Winglet Vortex Generators Arranged in Common Flow up Configuration / K. Song, T. Tagawa, Z. Chen // Symmetry. — 2020. — № 12. — Р. 38—44.
26. Song, K. Thermo-hydraulic performance optimization of wavy fin heat exchanger by combining delta winglet vortex generators / K. Song, T. Tagawa, Z. Chen, Q. Zhang // International Journal of Thermal Sciences. — 2019. — № 163. — Р. 113-119.
27. Yuan, W. 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. — Vol. 8. — № 5. — Р. 776.

 


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