Development of algorithm for calculation of operation and repair efficiency of a plate heat exchanger

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The relevance of the topic is due to the determination of the efficiency of the design and operation of heat exchangers as a result of the development of digital technologies in science and technology, including after scheduled and unscheduled repairs of devices. At the present time, a lot of normative, educational and methodological documentation has been developed. The problem is insufficient reliability of determination of efficiency of heat exchangers.Materials and methods. To solve the problem, an algorithm for calculating the efficiency of operation and repair of a plate heat exchanger is developed. The authors have created algorithms and a programme in Microsoft Excel for the design calculation of the heat exchanger, including thermal, design and hydraulic calculations of the heat exchanger, as well as the calculation of exergy the designed apparatus according to the heat exchanger design calculation programme. The web application ntcseis.ru based on the Ukit programming language can be used as an implementation of the calculation of the exergy efficiency of a plate heat exchanger.Results. Design calculation of a plate heat exchanger was performed using the Microsoft Excel programme, including thermal, design and hydraulic calculations of the heat exchanger. A manual calculation of the exergy of the designed apparatus was performed as a solution to an applied problem to determine the efficiency of the designed heat exchanger. The web application ntcseis.ru of calculation of exergy efficiency of a plate heat exchanger was developed.Conclusions. In the process of the work, the following tasks were set and solved: thermal, design and hydraulic parameters of the heat exchanger were calculated on the basis of the well-known classical methodology. The calculation results were used to determine the exergy losses of the designed heat exchanger using the calculated values of the average logarithmic temperatures and other parameters of the heating and heated heat carriers; exergy losses from heat exchange with the environment, from the final temperature difference of heat carriers, from hydraulic resistances in the paths of heat carriers; specific thermal exergy of heat carriers at the inlet and outlet of the heat exchanger; exergy flow at the inlet and outlet of the apparatus; exergy coefficient of the heat exchanger. A web application ntcseis.ru of calculation of the exergy efficiency of a plate heat exchanger is developed.

About the authors

S. M. Chekardovsky

Industrial University of Tyumen (IUT)

Email: ldgtd@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9303-5648

K. N. Ilyukhin

Industrial University of Tyumen (IUT)

Email: iljuhinkn@tyuiu.ru
ORCID iD: 0000-0001-9856-6915

A. A. Melekhin

Scientific and Technical Center “Construction and Operation of Engineering Systems”

Email: melehin2006@yandex.ru

M. N. Chekardovsky

Industrial University of Tyumen (IUT)

Email: chekardovskijmn@tyuiu.ru
ORCID iD: 0000-0002-7166-1936

References

  1. Mota F.A.S., Carvalho E.P., Ravagnani M.A.S.S. Modeling and design of plate heat exchanger // Heat Transfer Studies and Applications. 2015. doi: 10.5772/60885
  2. Чабаева Ю.А., Булеков А.П., Сажин В.Б., Попов И.А., Беднякова А.А. Критерии эффективности теплообменников // Успехи в химии и химической технологии. 2012. Т. 26. № 5 (134). С. 112–115. EDN RCCGWP.
  3. Столяренко В.И., Жерносек С.В., Ольшанский В.И., Марущак А.С., Мовсесян В.Ю. Исследование эффективности пластинчатого теплообменника // Материалы и технологии. 2020. № 1 (5). С. 33–38. doi: 10.24412/2617-149X-2020-1-33-38. EDN DPUCLA.
  4. Чекардовский М.Н., Илюхин К.Н., Чекардовский С.М., Харламова Н.А. Проектирование и исследование теплообменных аппаратов : учебное пособие. Тюмень, 2015. 124 с. EDN TXLIMB.
  5. Мазо А.Б. Основы теории и методы расчета теплопередачи : учебное пособие. Казань, 2013. 144 с.
  6. Savvin N.Yu., Kushchev L.A., Alifanova A.I. Modern methods of intensification of heat exchange processes in plate apparatuses // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 945. Issue 1. Р. 012001. doi: 10.1088/1757-899x/945/1/012001
  7. Cai H., Su L., Liao Y., Weng Z. Numerical and experimental study on the influence of top bypass flow on the performance of plate fin heat exchanger // Applied Thermal Engineering. 2019. Vol. 146. Pp. 356–363. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2018.10.007
  8. Sventitskiy I. The logical-mathematical analysis for substantiation of efficiency of heat pumps and refrigerators // Research in Agricultural Electric Engineering. 2015. No. 4. Pp. 138–142. EDN VLQYXT.
  9. Prathyusha B.G.R. Numerical investigation on shell, tube heat exchanger with segmental and helix baffles // International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development. 2018. Vol. 8. Issue 3. Pp. 183–192. doi: 10.24247/ijmperdjun201821
  10. Serth R.W., Lestina T. Process heat transfer. 2nd ed. Principles, Applications and Rules of Thumb. Oxford, UK : Elsevier, 2014.
  11. Загорный С.В., Наумчик И.В., Дзитоев М.С., Михайленко А.В. Эксергетический анализ элементов систем термостатирования // Труды МАИ. 2021. № 121. С. 11. doi: 10.34759/trd-2021-121-11. EDN HNCRDP.
  12. Кирюшатов А.И., Катков Д.С. Оценка термодинамической эффективности теплонасосных установок // Аграрный научный журнал. 2015. № 10. С. 39–41. EDN ULZYIV.
  13. Chehade G., Dincer I. Exergy analysis and assessment of a new integrated industrial based energy system for power, steam and ammonia production // Energy. 2019. P. 116277. DOI: 10.1016/J. ENERGY.2019.116277
  14. Нечитайлов В.В. Теплоэнергетические системы и энергетические балансы промышленных предприятий. Часть 2. Энергетические балансы промышленных предприятий : учебное пособие. СПб. : ВШТЭСПбГУПТД, 2023. 75 с.
  15. Russo J., Akahane K., Tanaka H. Water-like anomalies as a function of tetrahedrality // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2018. Vol. 115. Issue 15. doi: 10.1073/pnas.1722339115
  16. Зыков С.В. Эксергетическая оптимизация режимов работы ТЭЦ : дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск : НГТУ, 2017. 114 с.
  17. Александров А.А. Эксергия термодинамических систем // Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок. URL: http://twt.mpei.ac.ru/TTHB/2/Aleksandrov/Chapter-6/6-1.pdf
  18. Chekardovskiy M.N., Chekardovskiy S.M., Chekardovskaya I.A. Evaluation development method of production efficiency level // Asia Life Sciences. 2019. № 1. Pp. 527–538. EDN AZSTVO.
  19. Rashidi J., Yoo С. Exergy, exergo-economic, and exergy-pinch analyses (EXPA) of the kalina power-cooling cycle with an ejector // Energy. 2018. Vol. 155. Pp. 504–520. DOI: 10.1016/J. ENERGY.2018.04.178
  20. Мелехин А.А. Разработка технико-экономических алгоритмов расчета для калькуляторов инженерных систем : монография. М. : Издательство МИСИ – МГСУ, 2021.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».