probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2020-22-1-12-18probener-1302Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGMоделирование температурных профилей и эффективности теплообменных аппаратов с интенсификаторамиModeling of temperature profiles and efficiency of heat transfer equipment with intensifiersФараховТ. М.FarakhovT. M.

Фарахов Тимур Мансурович – кандидат технических наук, научный сотрудник кафедры "Энергообеспечение предприятий и энергоресурсосберегающих технологий

Казань

Timur M. Farakhov

Kazan

tvt_kgeu@mail.ruЛаптевА. Г.LaptevA. G.

Лаптев Анатолий Григорьевич – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой "Технология воды и топлива"

Казань

Anatoly G. Laptev

Kazan

tvt_kgeu@mail.ruКазанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian Federation2020140520202221218Copyright © Фарахов Т.М., Лаптев А.Г., 20202020Фарахов Т.М., Лаптев А.Г.Farakhov T.M., Laptev A.G.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/1302

Рассмотрена задача определения полей температур в потоках и эффективности теплообменников с интенсификацией металлическими хаотичными насадочными упаковками. Представлены результаты экспериментальных исследований нагрева индустриального масла горячей водой в теплообменнике типа – "труба в трубе", где во внутренней трубе размещена хаотичная насадка с номинальным размером 6 мм. Насадка за счет турбулизации потока масла обеспечивает переход от ламинарного режиму к турбулентному и значительное повышение коэффициента теплоотдачи (в 15-20 раз). Для расчета температурных профилей в каналах записана ячеечная модель структуры потоков, где основными параметрами являются тепловое число единиц переноса и число ячеек полного перемешивания. Даны выражения для расчета этих параметров в трубах с хаотичными насадками. Приведены результаты расчетов профилей температур при различных расходах нагреваемого масла и показано удовлетворительное согласование с опытными данными. Расчет температурных полей позволяет учесть изменение теплофизических свойств потоков по длине каналов, что особенно важно для углеводородных смесей с повышенной вязкостью и большими числами Прандтля. Представленная математическая модель позволяет учесть структуру потоков теплоносителей в аппаратах с интенсификаторами и вычислить тепловую эффективность процессов нагрева и охлаждения сред.

The problem of determination of temperature fields in the flow and efficiency of heat exchangers with intensification by metal chaotic packings is considered. Results of experimental studies of the heating of industrial oil with hot water in a "pipe-in-pipe" heat exchanger, where a chaotic packing of nominal size 6 mm is placed in the internal pipe, are presented. The packing, due to turbulence in the flow of oil, provides transition from the laminar to the turbulent regime and a significant increase in heat transfer coefficient (by 15-20 times). For calculating temperature profiles in channels, a cell model of the flow structure is written, where the main parameters are thermal number of transfer units and number of complete mixing cells. Expressions are given for calculating these parameters in pipes with chaotic packings. Results of calculating temperature profiles for various flowrates of the heated oil are presented and satisfactory agreement with experimental data is shown. The calculation of temperature fields makes it possible to take into account a change in thermophysical properties of flows along the length of the channels, which is especially important for hydrocarbon mixtures with high viscosity and large Prandtl numbers. The presented mathematical model allows to take into account the structure of heat carrier flows in apparatus with intensifiers and to calculate thermal efficiency of the processes of heating and cooling the media.

теплообменструктура потокахаотичные насадкиячеечная модельинтенсификацияheat transferflow structurechaotic packingscell modelintensificationReferencesIsaev S.A., Baranov P.A., Leontev A.I., et al. Intensification of a laminar flow in a narrow microchannel with single-row inclined oval-trench dimples // Technical Physics Letters. 2018. V.44. №5. pp.398-400.Isaev SA, Baranov PA, Leontev AI, et al. Intensification of a laminar flow in a narrow microchannel with single-row inclined oval-trench dimple. Technical Physics Letters. 2018;44(5):398-400.Yoon S., Lee S.R., Kim M.J., Kim W.J. Evaluation of stainlesa steel pipe perfomance as a grounde heat exchanger in groun-source heat-pump system // Energy. 2016. V. 113. pp. 328-337.Yoon S, Lee SR, Kim MJ., et al. Evaluation of stainlesa steel pipe perfomance as a grounde heat exchanger in groun-source heat-pump system. Energy. 2016;113:328-337.Yagov V.V. Heat transfer during cooling of high temperature spheres in subcooled water at different pressures // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. V. 110. pp. 219-230.Yagov VV. Heat transfer during cooling of high temperature spheres in subcooled water at different pressures. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017;110:219-230.Комиссаров Ю.А., Гордеев Л.С., Вент Д.П. Основы конструирования и проектирования промышленных аппаратов. М.: Издательство Юрайт, 2017. 368 с.Komissarov YuA, Gordeev LS, Vent D.P. Design principles and design of industrial apparatuses. Moscow: Urait Publishing House, 2017. 368 p.Лаптева Е.А. Эффективность явлений переноса в газожидкостных средах при десорбции и охлаждении жидкостей. – Казань: Отечество, 2019. 224 с.Lapteva E.A. Efficiency of transfer phenomena in gas-liquid media during desorption and cooling of liquids. Kazan: Fatherland, 2019. 223 p.Кафаров В.В., Винаров А.Ю., Гордеев Л.С. Моделирование и системный анализ биохимических производств. М.: Лесн. Пром-сть, 1985. 280 с.Kafarov VV, Vinarov AYU, Gordeev L.S. Modelirovanie i sistemnyj analiz biohimicheskih proizvodstv. M.: Lesn. Prom-st', 1985. 280 p.Гильденблат И.А. Влияние структуры потоков на эффективность работы теплообменных аппаратов. М., МХТИ им Д.И. Менделеева, 1979. 24с.Gildenblat IA. Influence of the flow structure on the efficiency of heat exchangers. Moscow, Moscow Institute of Chemical technology Institute. Mendeleev, 1979. 24p.Бобылев В.Н. Тепловой расчет подогревателя с учетом структуры потоков теплоносителя // Химическая промышленность сегодня. 2009. № 7. C. 45-50.Bobylev VN. Thermal calculation of the heater taking into account the structure of coolant flows. Chemical industry today. 2009;7:45-50.Pavlenko A.N. Heat transfer and dynamics of transient processes at liquid film flowing on smooth and modified surfaces // IWHT2019. 25th International Workshop on Heat/Mass Transfer Advances for Energy Conservation and Pollution Control. 2019. C. 12-52.Pavlenko AN. Heat transfer and dynamics of transient processes at liquid film flowing on smooth and modified. IWHT2019. 25th International Workshop on Heat/Mass Transfer Advances for Energy Conservation and Pollution Control. 2019. pp. 12-52.Leont'ev A.I., Lushchik V.G., Makarova M.S. Features of heat transfer on a permeable surface in a compressible-gas flow // Doklady Physics. 2019. Т. 63, №9. С. 371-374.Leont'ev AI, Lushchik VG, Makarova MS. Features of heat transfer on a permeable surface in a compressible-gas flow. Doklady Physics. 2019;63(9):371-374.Kovalnogov V.N. Modeling and numerical technique for investigating of turbulent transfer in a non-stationary boundary layer at impacts // AIP Conference Proceedings. 2019. Т. 2116. №. 1. С. 32-45.Kovalnogov VN. Modeling and numerical technique for investigating of turbulent transfer in a non-stationary boundary layer at impacts. AIP Conference Proceedings. 2019;2116(1):32-45.Голованчиков А.Б., Воротнева С.Б. Моделирование работы двухтрубного теплообменника с учетом теплодиффузии газового теплоносителя // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2015. Т. 58. №. 9. С. 58-62.Golovanchikov AB, Vorotneva SB. Modeling of a pipe-in-pipe heat exchanger with allowance for thermal diffusion of the gas heat carrier. Izvestiya vuzov. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya. 2015;58(9):58-62.Лаптев А.Г., Фарахов Т.М., Дударовская О.Г. Эффективность явлений переноса в каналах с хаотичными насадочными слоями. Спб.: Страта. 2016. 214 с.Laptev AG, Farakhov TM, Dudarovskaya OG. Efficiency of transfer phenomena in channels with random packed layers. Saint-Petersburg: Strata, 2016. 214 p.Фарахов Т.М., Афанасьев Е.П., Лаптев А.Г. Экспериментальное исследование теплопередачи масло- вода через стенку в канале с хаотичными металлическими элементами // Вестник технологического университета. 2016. Т.19. № 23. С. 53-55.Farakhov TM, Afanasiev EP, Laptev AG. Experimental investigation of oil-water heat transfer through the wall in a channel with metal random packing elements. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2016;23:53-55.Фарахов Т.М., Афанасьев Е.П., Лаптев А.Г. Тепловая эффективность канала с интенсификаторами для углеводородных смесей // Труды Академэнерго, 2018. №4 С. 17-27.Farakhov TM., Afanasiev EP, Laptev AG. Thermal efficiency of the channel with intensifiers for hydrocarbon mixtures. Trudy Akademenergo, 2018;4:17-27.

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