Экспериментальное исследование теплообмена от парогазовой смеси при передаче тепла через ребристую поверхность

Об авторах:

Зинуров Вадим Эдуардович, ассистент кафедры «Теоретические основы теплотехники», Казанский государственный энергетический университет; vadd_93@mail.ru; ORCID: 0000-0002-1380-4433

Дмитриев Андрей Владимирович, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Теоретические основы теплотехники», Казанский государственный энергетический университет; ieremiada@gmail.com; ORCID: 0000-0001-8979-4457

Шарипов Ильнар Ильдарович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретические основы теплотехники», Казанский государственный энергетический университет; sharipov.ii@kgeu.ru; ORCID: 0000-0002-3602-355X

Галимова Алсу Рузилевна, студент, Казанский государственный энергетический университет; galimovaar00@mail.ru; ORCID: 0000-0002-6099-5631

Аннотация:

В статье рассмотрена проблема передачи тепловой энергии от парогазовой смеси с постоянной температурой 220 °C. Описано экспериментальное исследование передачи тепловой энергии от парогазовой смеси путем рекуперативного теплообменного аппарата с ребристой поверхностью на промышленном предприятии «ПАЛП Инвест», расположенном на производственной площадке индустриального парка технополис «Химград» в Казани. Описана конструкция теплообменного аппарата с ребристой поверхностью. Оребренная поверхность рекуперативного теплообменного аппарата позволила интенсифицировать передачу теплового потока, вследствие возникновения турбулентных завихрений парогазовой среды при ее движении между поперечно расположенными ребрами. В качестве нагреваемого теплоносителя использовалась вода, которую в дальнейшем планируется использовать для технологических и хозяйственных нужд. В работе представлены методика эксперимента и измерительные приборы. В ходе проведения экспериментов начальная температура холодного теплоносителя (воды) варьировалась от 28,8 до 31,9 °C. Серия экспериментов включала 7 опытов с различным объемным расходом воды от 60 до 120 л/ч. Начальный объемный расход был равен 60 л/ч, шаг изменения расхода составлял 10 л/ч. Результаты исследований показали, что время выхода исследуемых параметров: температурный напор, тепловой поток и коэффициент теплопередачи на стационарный режим — составило 265 с. При выходе на стационарный режим при объемном расходе холодного теплоносителя в диапазоне от 60 до 120 л/ч температурный напор варьировался от 32,2 до 63 °C, теп­ловой поток изменялся от 4,1 до 4,5 кВт, коэффициент теплопередачи варьировался в диапазоне 24,4‑27,9 Вт/(м² · К). Полученные результаты позволили установить, что коэффициент теплопередачи обратно пропорционален термическому сопротивлению парогазовой фазы.

Список литературы:

1. Аничхин А. Г. Повышение теплоотдачи рекуперативных теплообменников / А. Г. Аничхин // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2011. № 11 (119). C. 50-53.

2. Бахметьев А. М. Экспериментальные исследования теплоотдачи при конденсации пара из паровоздушной смеси на теплообменной поверхности системы снижения аварийного давления в защитной оболочке / А. М. Бахметьев, М. А. Большухин, А. М. Хизбуллин, М. А. Камнев // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. 2011. № 4. C. 64-71.

3. Буренин В. В. Рекуперативные теплообменные аппараты для объемных гидроприводов транспортных агрегатов ракетной техники / В. В. Буренин, В. Б. Борисевич, А. Н. Нарбут, Г. И. Гладов // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2012. № 1 (28). C. 67-70.

4. Голованчиков А. Б. Моделирование процесса нагревания воздуха конденсирующимся паром в двухтрубном теплообменнике / А. Б. Голованчиков, С. Б. Воротнева, Н. А. Дулькина // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2016. Том 22. № 2. C. 255-263. DOI: 10.17277/vestnik.2016.02.pp.255-263

5. Голованчиков А. Б. Моделирование тепловых процессов при противоточном движении горячего и холодного теплоносителя в двухходовом кожухотрубном теплообменнике / А. Б. Голованчиков, Н. А. Прохоренко, Н. А. Меренцов, Д. О. Смольская, А. А. Остапенко // Энерго- и ресурсосбережение: промышленность и транспорт. 2019. № 1 (26). C. 7-11.

6. Дмитриев А. В. Оценочный расчет процесса теплообмена в камере сгорания при сжигании природного газа / А. В. Дмитриев, В. Э. Зинуров, Г. Х. Гумерова // Вестник технологического университета. 2018. Том 21. № 2. C. 99-103.

7. Должиков А.С. Процессы кипения и конденсации многокомпонентных рабочих тел в микротеплообменниках / А.С. Должиков, В.И. Могорычный // Успехи прикладной физики. 2017. Том 5. № 2. C. 103-112.

8. Зинуров В. Э. Снижение энергетических затрат при отводе низкопотенциального тепла от оборотной воды путем использования блока оросителя с гофрированными перфорированными пластинами / В. Э. Зинуров, А. В. Дмитриев, Р. Р. Гайнатуллин, Д. Н. Латыпов, А. И. Хафизова // Вестник технологического университета. 2019. Том 22. № 10. C. 57-61.

9. Колосова Н. В. Аналитическое решение критериального уравнения теплообмена в контактно-поверхностных теплообменных аппаратах / Н. В. Колосова, К. Н. Лапшина // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. 2014. Том 2. № 4. C. 26-32.

10. Колосова Н. В. Теплообмен между газожидкостной смесью и охлаждающим элементом в теплообменных аппаратах / Н. В. Колосова, К. Н. Лапшина // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 2. C. 82.

11. Костуганов А. Б. Исследование эффективности утилизации теплоты в рекуперативных теплообменниках установок автономной вентиляции / А. Б. Костуганов // Градостроительство и архитектура. 2020. Том 10. № 1 (38). C. 36-46.

12. Марюшин Л. А. Определение температуры теплопередающей поверхности рекуперативного теплообменника графическим методом / Л. А. Марюшин, С. Д. Корнеев, Е. В. Афанасьева, О. Ю. Усанова // Надежность и безопасность энергетики. 2013. № 2 (21). C. 43-45. (3)

13. Михеев Н. И. Разделение коэффициентов теплоотдачи по результатам испытаний рекуперативного теплообменника / Н. И. Михеев // Труды Академэнерго. 2009. № 2. C. 7-12.

14. Олексюк А. А. Определение конечных температур теплоносителей рекуперативного теплообменника / А. А. Олексюк, А. М. Гущин, А. А. Бондарь, Е. А. Бондарь // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. 2020. № 4 (71). C. 64-68.

15. Олексюк А. А. Определение конечных температур теплоносителей рекуперативного теплообменника / А. А. Олексюк, А. М. Гущин, А. А. Бондарь, Е. А. Бондарь // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. 2020. № 4. C. 64-68.

16. Пелевин Ф. В. Проблемные аспекты применения рекуперативных теплообменников в процессах утилизации горячих промышленных стоков / Ф. В. Пелевин, В. И. Тимченко, А. Г. Илиев // Вестник ассоциации вузов туризма и сервиса. 2008. № 4. C. 84-88.

17. Трофимов В. Е. Интенсификация теплопередачи в жидкостных теплообменниках с каверна-штыревым оребрением / В. Е. Трофимов, А. Л. Павлов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2016. № 1. C. 23-26.

18. Фарахов Т. М. Расчет теплообменников с учетом структуры потоков / Т. М. Фарахов, Е. П. Афанасьев, А. Г. Лаптев // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2019. № 1. C. 11-17.

19. Шацкий В. П. Моделирование работы пластинчатых теплообменников-рекуператоров / В. П. Шацкий, В. А. Гулевский, Н. Г. Спирина // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2014. Том 2. № 4 (9). C. 323-326.

20. Шинкевич Т. О. Компрессионные тепловые насосы в системах отопления / Т. О. Шинкевич, О. С. Попкова, О. П. Шинкевич // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2011. № 68. C. 125-136.