Повышение эффективности работы теплообменного оборудования использованием пульсационных методов очистки

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.

1. Хайбуллина АИ. Повышение эффективности теплообменных аппаратов наложением на поток в межтрубном пространстве низкочастотных пульсаций: дисс. … канд. техн. наук: А.И. Хайбуллина. 2017. С. 229.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. Липагина А.Д. Использование пульсаций для очистки теплообменных аппаратов. Дис. … магистр. 2019. С. 75.