probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2020-22-1-49-57probener-1284Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGПовышение эффективности работы теплообменного оборудования использованием пульсационных методов очисткиImproving heat exchanger efficiency using the pulsed method of cleaningХайбуллинаА. И.HaibullinaA. I.

Хайбуллина Айгуль Ильгизаровна – канд. техн. наук, доцент кафедры «Энергообеспечение предприятий и энергоресурсосберегающих технологий» (ЭЭ)

г. Казань

Aigul I. Haibullina

Kazan

haybullina.87@mail.ruЗиннатуллинН. Х.ZinnatullinN. X.

Зиннатуллин Назиф Хатмуллович – д-р техн. наук, профессор кафедры «Процессы и аппараты химической технологии»

г. Казань

Nazif X. Zinnatullin

Kazan

ИльинВ. К.IlyinV. K.

Ильин Владимир Кузьмич – д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Энергообеспечение предприятий и энергоресурсосберегающих технологий» (ЭЭ), проректор по непрерывному образованию

г. Казань

Vladimir K. Ilyin

Kazan

ilyinvk@mail.ruКазанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian FederationКазанский национальный исследовательский технологический университетРоссияKazan National Research Technological UniversityRussian FederationКазанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian Federation2020300420202214957Copyright © Хайбуллина А.И., Зиннатуллин Н.Х., Ильин В.К., 20202020Хайбуллина А.И., Зиннатуллин Н.Х., Ильин В.К.Haibullina A.I., Zinnatullin N.X., Ilyin V.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1284

На сегодняшний день загрязнение теплообменного оборудования приводит к серьезным экономическим убыткам в многих отраслях промышленности, поэтому поиски метода для снижения скорости или предотвращения загрязнения остается актуальной задачей. В данной работе предложено практическое решение для реализация пульсационного метода очистки на примере маслоохладителей. Проведено численное исследование влияния пульсационного потока на эффекты способствующие уменьшению загрязнений на внешней поверхности пучков труб. Численное исследование проводилось с использованием ПО Ansys Fluent. Течение жидкости описывалось уравнением Навье-Стокса, движение частиц и их взаимодействие описывалось методом дискретных элементов (DEM). При исследовании был рассмотрен шахматный пучок труб. Частота пульсаций соответствовала 0,3125 Гц, амплитуда отнесенная к диаметру трубки пучка 35, число Рейнольдса 100, скважность пульсаций соответствовала 0,25. В качестве рабочей среды было выбрано масло. Оценка пульсационной методики очистки осуществлялась на основе анализа механика соударения частиц о поверхность центрального цилиндра в пучке, при стационарном и пульсационном потоке. Установлено, что пульсационный поток способствует уменьшению загрязнений в передней области цилиндра и не эффективен в задней. Анализ механики соударения частиц о поверхность теплообмена показал, что данный режим пульсаций эффективней для удаления пластичных отложений.

The fouling of heat exchange equipment leads to serious economic losses in many industries, therefore to find a method to reduce deposits on heat transfer surfaces remains an actual task. In this paper, a practical solution is proposed for the implementation of a pulsating cleaning method of oil coolers as an example. The influence of pulsations on cleaning of the external surface of the heat exchanger is studied by computer modeling with Ansys Fluent. The fluid flow was described by the Navier-Stokes equation, particle motion and their interaction was described by the discrete element method (DEM). In the study, a staggered tube bundle was considered. The pulse frequency 0,3125 Hz, the amplitude referred to the diameter of tube is 35, the Reynolds number 100, the duty cycle of the pulsations 0,25. Oil was chosen as the medium. Evaluation of the pulsating cleaning method was carried out on the basis of the analysis of the mechanics of particle collisions on the surface of the central cylinder in the beam, with stationary and pulsating flow. It was found that the pulsating flow helps to reduce deposits in the front of the cylinder and is not effective in the back. An analysis of the mechanics of particle impact on the heat exchange surface showed that this pulsation mode is more effective for removing plastic deposits.

маслоохладительскорость эрозииочистка теплообменниковнизкочастотные несимметричные пульсацииметод дискретных элементовшахматный пучок трубматематическое моделированиепульсационная очисткапульсирующие течениязагрязнения теплообменной поверхностиoil coolererosion rateheat exchanger cleaninglow-frequency asymmetrical impulsesdiscrete element methodstaggered tube bundlemathematical modelingpulsating cleaningpulsating flowsurface contaminationСтатья выполнена в рамках научного проекта 18-79-10136 «Теоретические методы моделирования и разработки энергоэффективных импортозамещающих аппаратов очистки и глубокой переработки углеводородного сырья на предприятиях топливно-энергетического комплекса».The article is executed within the framework of the scientific project 18-79- 10136 «Theoretical methods for modeling and developing energy-efficient import-substituting cleaners and deep processing of hydrocarbon raw materials at enterprises of the fuel and energy complex».ReferencesХайбуллина АИ. Повышение эффективности теплообменных аппаратов наложением на поток в межтрубном пространстве низкочастотных пульсаций: дисс. … канд. техн. наук: А.И. Хайбуллина. 2017. С. 229.Khaibullina AI. Improving the efficiency of heat exchangers by imposing on the flow in the annular space of low-frequency pulsations. dissertation. Kazan State Power Engineering University, Kazan. 2017. P. 229.Zohir AE. The Influence of Pulsation on Heat Transfer in a Heat Exchanger for Parallel and Counter Water Flows // New York Science Journal. 2011. V. 4. №6. pp. 61-71.Zohir AE. The Influence of Pulsation on Heat Transfer in a Heat Exchanger for Parallel and Counter Water Flows. New York Science Journal. 2011;4(6):61-71.Zohir A.E. Heat transfer characteristics in a heat exchanger for turbulent pulsating water flow with different amplitudes. // J. Am. Sci. 2012. V. 8. pp. 241-250.Zohir AE, Heat transfer characteristics in a heat exchanger for turbulent pulsating water flow with different amplitudes. Journal. Am. Sci. 2012;8:241-250.Guoneng Li, Youqu Zheng, Guilin Hu, et al. Experimental Study of the Heat Transfer Enhancement from a Circular Cylinder in Laminar Pulsating Cross-flows // Heat Transfer Engineering. 2016. V. 37. № 6. pp. 535-544.Guoneng Li, Youqu Zheng, Guilin Hu, et al. Experimental Study of the Heat Transfer Enhancement from a Circular Cylinder in Laminar Pulsating Cross-flows. Heat Transfer Engineering. 2016;37(6):535-544.Li G., Zheng Y., Xu Y., et al. Experimental investigation on heat transfer enhancement from a heated circular cylinder with constant heat input power in turbulent pulsating crossflows // Heat and Mass Transfer. 2014. V. 50. № 6. pp. 1417-1427.Li G, Zheng Y, Xu Y, et al. Experimental investigation on heat transfer enhancement from a heated circular cylinder with constant heat input power in turbulent pulsating crossflows. Heat and Mass Transfer. 2014;50(6):1417-1427.Molochnikov VM., Mikheev NI., Mikheev AN., et al. Heat transfer from a cylinder in pulsating cross-flow // Thermophysics and Aeromechanics. 2017. V. 24. №4. С.569-575.Molochnikov VM, Mikheev NI, Mikheev AN, et al. Heat transfer from a cylinder in pulsating cross-flow. Thermophysics and Aeromechanics. 2017;24(4):569-575.Mikheev N. I., Molochnikov V. M., Mikheev A. N., Dushina O. A. Hydrodynamics and heat transfer of pulsating flow around a cylinder // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. V.109. pp. 254-265.Mikheev NI, Molochnikov VM, Mikheev AN, et al. Hydrodynamics and heat transfer of pulsating flow around a cylinder. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017;109:254-265.Wang X., Zhang N. Numerical analysis of heat transfer in pulsating turbulent flow in a pipe // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2005. V. 47. pp. 3957-3970.Wang X, Zhang N. Numerical analysis of heat transfer in pulsating turbulent flow in a pipe. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2005;47:3957-3970.Bhalla N., Dhiman A.K. Pulsating flow and heat transfer analysis around a heated semi-circular cylinder at low and moderate Reynolds numbers // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2017. V. 39. № 8. pp. 3019-3037.Bhalla N, Dhiman AK. Pulsating flow and heat transfer analysis around a heated semi-circular cylinder at low and moderate Reynolds numbers. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2017;39(8):3019-3037.Srivastava A., Dhiman A. Pulsatile flow and heat transfer of shear-thinning power-law fluids over a confined semi-circular cylinder // The European Physical Journal Plus. 2019. 134(4). pp. 1-17.Srivastava A, Dhiman A. Pulsatile flow and heat transfer of shear-thinning power-law fluids over a confined semi-circular cylinder. The European Physical Journal Plus. 2019;34(4):1-17.E. Martin, A. Velazquez & A. Valeije (2018) Heat transfer downstream of a 3D confined square cylinder under flow pulsation // Numerical Heat Transfer, Part A: Applications V. 74. № 12. pp. 1747-1769.Martin E, Velazquez A.& Valeije A. (2018) Heat transfer downstream of a 3D confined square cylinder under flow pulsation. Numerical Heat Transfer, Part A: Applications. 2018;74(12):1747-1769.Velazquez A., Arias J.R., Mendez B. Laminar heat transfer enhancement downstream of a backward facing step by using a pulsating flow // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2008. V. 51. pp. 2075-2089.Velazquez A, Arias JR, Mendez B. Laminar heat transfer enhancement downstream of a backward facing step by using a pulsating flow. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2008;51:2075-2089.Molochnikov V.M., Mikheev A.N., Goltsman A.E., Paereliy A.A., Aslaev A.K. Flow structure between the tubes and heat transfer of a tube bundle in pulsating flow // Journal of Physics: Conference Series 2018. pp. 012-024.Molochnikov VM, Mikheev AN, Goltsman A.E., et al. Flow structure between the tubes and heat transfer of a tube bundle in pulsating flow. Journal of Physics: Conference Series. 2018. pp. 012-024.Хайбуллина АИ., Хайруллин АР., Синявин АА., и др. Исследование теплоотдачи в коридорном пучке труб при наложении на поток противоточных несимметричных низкочастотных пульсаций // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. 2013. Т 12. № 1. С. 312-315.Haibullina AI, Hayrullin AR, Sinyavin AA, et al. Issledovaniye teplootdachi v koridornom puchke trub pri nalozhenii na potok protivotochnykh nesimmetrichnykh nizkochastotnykh pul'satsiy. Sovremennaya nauka: issledovaniya, idei, rezul'taty, tekhnologi. 2013;12(1)312-315.Ilyin VK, Sabitov LS., Haibullina AI., et al. External heat transfer in corridor and staggered tube bundles of different configuration under the application of low-frequency pulsations // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering Сер. "International Scientific-Technical Conference on Innovative Engineering Technologies, Equipment and Materials 2016, ISTC-IETEM 2016". 2017. V. 240, № 1. pp. 1-10.Ilyin VK, Sabitov LS, Haibullina AI, et al. External heat transfer in corridor and staggered tube bundles of different configuration under the application of low-frequency pulsations. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. "International Scientific-Technical Conference on Innovative Engineering Technologies, Equipment and Materials 2016, ISTC-IETEM 2016". 2017;240(1):1-10.Bode К., Hooper RJ., Paterson WR., et al. Pulsed Flow Cleaning of Whey Protein Fouling // Heat Transfer Engineering. 2007. V. 2. № 3. pp. 202-209.Bode К. Hooper R. J., Paterson W. R., Wilson D. I., et al. Pulsed Flow Cleaning of Whey Protein Fouling. Heat Transfer Engineering. 2007;28(30):202-209.Scholer M., Fuchs T., Augustin W., et al. Monitoring of the Local Cleaning Efficiency of Pulsed Flow Cleaning Procedures / Proc. 8th Int. Conf. on Heat Exchanger Fouling and Cleaning. 2009. pp. 455-463.Scholer M, Fuchs T, Augustin W, et al. Monitoring of the Local Cleaning Efficiency of Pulsed Flow Cleaning Procedures. Proc. 8th Int. Conf. on Heat Exchanger Fouling and Cleaning. 2009. pp. 455-463.Augustina W., Fuchs T., Föste H., et al. Pulsed flow for enhanced cleaning in food processing // Food and Bioproducts Processing. 2010. V. 8. pp. 384-391.Augustina W, Fuchs T, Föste H, et al. Pulsed flow for enhanced cleaning in food processing. Food and Bioproducts Processing. 2010;8:384-391.Haibullina A.I., Sabitov L.S., Hayrullin A.R., et al.Energy efficiency of pulsating flows at heat-transfer enhancement in a shell-and-tube water oil cooler // OP Conf. Series: Materials Science and Engineering 412. 2018. pp. 1-6.Haibullina AI, Sabitov LS, Hayrullin AR, et al. Energy efficiency of pulsating flows at heat-transfer enhancement in a shell-and-tube water oil cooler. OP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018;412:1-6.Липагина А.Д. Использование пульсаций для очистки теплообменных аппаратов. Дис. … магистр. 2019. С. 75.Lipagina AD. The use of pulsations for cleaning heat exchangers: master.[dissertation] 2019. Р.75.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.