Оценка влияния профиля теплообменной трубы на энергомассовую эффективность кристаллизаторов
- Авторы: Чернявская В.В.1, Сапожников В.Б.1, Угольникова М.А.1, Голованов И.Ю.1
-
Учреждения:
- Московский политехнический университет
- Выпуск: Том 114, № 2 (2025)
- Страницы: 77-84
- Раздел: Оригинальные исследования
- URL: https://journal-vniispk.ru/0023-124X/article/view/373834
- DOI: https://doi.org/10.17816/RF641891
- EDN: https://elibrary.ru/AXUCWX
- ID: 373834
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
Обоснование. Одна из актуальных задач современной промышленности – совершенствование теплообменных аппаратов, т.к. практически ни одно предприятие не обходится без данного оборудования. Среди распространенных типов теплообменных аппаратов можно выделить конструкции типа «труба в трубе», которые позволяют проводить процессы нагрева, охлаждения, конденсации и кристаллизации различных рабочих сред. Вне зависимости от проводимого процесса, совершенствование теплообменных аппаратов в первую очередь должно быть направлено на повышение их теплообменной мощности. Одним из направлений её повышения является увеличение площади поверхности теплообмена.
Цель. В качестве объекта исследования рассматривается ёмкостный кристаллизатор конструкции типа «труба в трубе» с намораживанием льда на внутренней поверхности теплообменной трубы. Предложено решение совершенствования кристаллизатора, позволяющее увеличить площадь поверхности теплообмена путем изменения профиля теплообменной трубы.
Методы. В качестве метода оценивания предложений совершенствования кристаллизаторов использованы полученные с помощью компьютерного моделирования удельные показатели, характеризующие ресурсосбережение при изготовлении кристаллизаторов и энергосбережение при их эксплуатации.
Результаты. Проведена оценка кристаллизаторов по показателям энергомассовой эффективности типовой конструкции, конструкции с интенсификаторами теплообмена в виде круглых стержней, закрепленных на наружной поверхности теплообменной трубы и конструкции с поперечным сечением теплообменной трубы в форме эпитрохоиды с 8 лепестками.
Заключение. Отмечено, что и наличие стержней-интенсификаторов, и изменение профиля теплообменной трубы кристаллизатора способствует более равномерному распределению скорости хладоносителя в его межтрубном пространстве. Равномерность распределения, в свою очередь, окажет положительный эффект на интенсивности процесса намораживания льда. Также оба представленных технических решения улучшают рассмотренные удельные показатели энергомассовой эффективности кристаллизаторов.
Об авторах
Варвара Васильевна Чернявская
Московский политехнический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: v_ch20@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-5986-0165
SPIN-код: 9821-3219
Россия, Москва
Владимир Борисович Сапожников
Московский политехнический университет
Email: sapojnikov47@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-9252-8437
SPIN-код: 9463-0892
д-р техн. наук, профессор
Россия, МоскваМария Андреевна Угольникова
Московский политехнический университет
Email: set-square@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-2629-3001
SPIN-код: 9583-7252
канд. техн. наук
Россия, МоскваИван Юрьевич Голованов
Московский политехнический университет
Email: igol95@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0007-9073-1235
SPIN-код: 3901-7739
канд. техн. наук
Россия, МоскваСписок литературы
- Popov IA, Makhyanov KhM, Gureev VM. Physical Fundamentals and Industrial Applications of Heat Transfer Enhancement. Heat Transfer Enhancement. Kazan: Tsentr Innovatsionnykh Tekhnologii; 2009:560. (In Russ.) EDN: QMKUGF
- Ugolnikova MA, Chernyavskaya VV. Dynamics of water ice formation during the operation of vessel cryoconcentrators. Chem Pet Eng. 2021;57(7-8):561–566. doi: 10.1007/s10556-021-00976-z EDN: RISATM
- Sapozhnikov VB, Ugolnikova MA, Chernyavskaya VV. Evaluating the performance of low-temperature liquid separation devices with two-stage refrigeration and pre-cooling. Chem Pet Eng. 2023;59(1-2):134–138. doi: 10.1007/s10556-023-01218-0 EDN: CAYIUO
- Lagutkin MG, Baranova EYu, Mishachkin DI, Naumov VN. Increasing efficiency of shell-and-tube heat exchanger taking account of energy consumption reduction. Chem Pet Eng. 2022;57(9-10):713–719. doi: 10.1007/s10556-022-00997-2 EDN: HSJRAR
- Lobanov IE. Modeling of flow and heat transfer in pipes with turbulators for viscous heat carriers in the laminar region, as well as in the transition region to turbulent flow. Vestnik Dagestanskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta. Tekhnicheskie Nauki. 2023;50(3):24–36. (In Russ.) doi: 10.21822/2073-6185-2023-50-3-24-36. EDN: HPYXAA
- Gilfanov KhKh, Shakirov RA. Neural network modeling of heat transfer characteristics for surface intensification of heat exchange equipment. Vestnik Kazanskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta im. A.N. Tupoleva. 2020;76(4):5–11. (In Russ.) EDN: RCHXYM
- Solov’ev SV, Chernyshev AV. Modeling of liquid heat transfer in a spherical layer. Iuzhno-Sibirskii Nauchnyi Vestnik. 2019;1(25):114–122. (In Russ.) EDN: AVCAKT
- Khodiashov EO, Tiurin MP, Sedliarov OI, Borodina ES. Modeling of a convective heat exchange apparatus to increase its energy efficiency. Izvestiia Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Tekhnologiia Tekstil’noi Promyshlennosti. 2024;3(411):218–225. (In Russ.) doi: 10.47367/0021-3497_2024_3_218 EDN: REYHCX
- Osintsev KV, Krasnov IA, Vasil’ev KD, et al. Investigation of the temperature field of heat transfer in a “tube-in-tube” heat exchanger by analytical and numerical methods. Original’nye Issledovaniia. 2022;12(11):12–21. (In Russ.) EDN: SQCLIV
- Sister VG, Pushnov AS, Pirogova OV, Karpenko AS. Modern methods for intensifying heat and mass transfer processes in contact apparatus with packing. Khimicheskaia Tekhnologiia. 2018;19(2):81–87. (In Russ.) EDN: YOKBDV
- Kagan AM, Sister VG, Pushnov AS, et al. Hydrodynamic method for determining the active surface of dumped packings for carrying out heat and mass transfer processes. Khimicheskaia Tekhnologiia. 2018;19(4):173–177. (In Russ.) EDN: XNQSXR
- Konovalov VI, Romanova EV, Koliukh AN. Investigation of the heat transfer process in a finned tubular recuperator. Vestnik TGTU. 2012;18(4):876–880. EDN: OCNMIC
- Stepykin AV, Ruzanov SR, Sidyagin AA, et al. Experimental study of the hydraulic resistance of plate modules of a heat and mass transfer device. Chem Pet Eng. 2023;59(7-8):563–569.
- Mal’tseva OM. Modeling of ice formation on the cylindrical surface of a capacitive cryoconcentrator. Tekhnika i Tekhnologiia Pishchevykh Proizvodstv. 2016;3(42):118–124. (In Russ.) EDN: WMENDF
- Silin AM, Lagutkin MG, Baranova EYu. Reduction of energy consumption for pumping heat carriers while ensuring the required amount of transferred heat in plate heat exchanger. Chem Pet Eng. 2024;59:618–622. doi: 10.1007/s10556-024-01282-0 EDN: SBEFWV
- Shapovalov AV, Kidun NM, Nikulina TN, Chernyavskaia VV. Analysis of studies on maximum heat fluxes in thermosiphons with intermediate heat carrier circulation. In: Modern Problems of Mechanical Engineering: Article in the Proceedings of the XIV International Scientific and Technical Conference; 2023; Gomel. Gomel: Gomel’skii Gosudarstvennyi Tekhnicheskii Universitet imeni P.O. Sukhogo; 2023:92–95. (In Russ.) EDN: MORKRP
- Zanina KO, Lagutkin MG, Iuritsyna AM, Golovanov IYu. Analysis of finning options for a double-pipe heat exchanger to improve process efficiency. Energo- i Resursosberezhenie: Promyshlennost’ i Transport. 2024;3(48):19–25. doi: 10.35211/2500-0586-2024-3-48-19-25 EDN: EEXGYL
- Stepykin AV, Goryunov NS, Malygin LA, et al. Influence of the height of surface microroughness on the wettability of polymer-packed devices. Chem Pet Eng. 2023;59(1-2):86–92. (In Russ.) doi: 10.1007/s10556-023-01211-7 EDN: XDGIJO
- Vasiliev PD, Sidyagin AA, Stepykin AV, et al. Influence of the surface structure on the wettability of polymer packing elements in heat- and mass-transfer equipment. Theor Found Chem Eng. 2022;56(2):212–220. doi: 10.1134/S0040579522020166. EDN: VUPZZR
Дополнительные файлы
