Оценка влияния интенсификаторов теплообмена на энергомассовую эффективность кристаллизаторов

Цель. Целью исследования является оценка наличия и формы интенсификаторов теплообмена в кристаллизаторе объемного типа конструкции «труба в трубе».

Метод. Исследование основано на методах термодинамического анализа, натурного и вычислительного моделирования процессов с использованием компьютерного моделирования.

Результат. Показано, что наиболее важным параметром теплообменных аппаратов, вне зависимости от протекающего в них процесса, является количество передаваемой теплоты в единицу времени, то есть тепловая мощность, которая прямо пропорциональна площади поверхности теплообмена. Представлены результаты оценки влияния наличия и формы интенсификаторов теплообмена на удельную массу кристаллизатора и мощность, требуемую для перекачки хладоносителя (применительно к ёмкостному типу конструкции с намораживанием льда на внутренней поверхности теплообменной трубы) на основании результатов компьютерного моделирования.

Вывод. Получены две формы интенсификаторов теплообмена, обеспечивающих минимальные значения представленных показателей энергомассовой эффективности кристаллизатора.

1. Попов И.А., Махянов Х.М., Гуреев В.М. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена. Интенсификация теплообмена. Казань: Центр инновационных технологий. 2009. 560 с.

2. Ugolnikova M.A., Chernyavskaya V.V. Dynamics of water ice formation during the operation of vessel cryoconcentrators. Chemical and Petroleum Engineering. 2021. Vol. 57 (7–8). P. 561–566.

3. Sapozhnikov V.B., Ugolnikova M.A., Chernyavskaya V.V. Evaluating the performance of low-temperature liquid separation devices with two-stage refrigeration and pre-cooling. Chemical and Petroleum Engineering. 2023. Vol. 59 (1–2). P. 134–138.

4. Lagutkin M.G., Baranova E.Yu., Mishachkin D.I., Naumov V.N. Increasing efficiency of shell-and-tube heat exchanger taking account of energy consumption reduction. Chemical and Petroleum Engineering. 2022. Vol. 57 (9–10). P. 713–719.

5. Филиппов В.В. Совершенствование конструкции теплообменных установок на основе методов интенсификации теплообмена. Тенденции развития науки и образования. 2023. № 100. т. 5. С. 130-132.

6. Кобзева А.А., Ву С.К., Глазов В.С. Особенности теплоотдачи в канале, стенки которого имеют разные температуры и интенсификаторы теплообмена. Энергосбережение - теория и практика: статья в сборнике научных трудов Одиннадцатой Всероссийской конференции с Международным участием. 2022. С. 173–176.

7. Бурцев С.А., Виноградов Ю.А., Киселёв Н.А., Стронгин М.М. Выбор рациональных интенсификаторов теплообмена в теплообменном оборудовании. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016. № 12. С. 35–56.

8. Mehrjardi S.A.A., Khademi A., Said Z., Ushak S., Chamkha A.J. Effect of elliptical dimples on heat transfer performance in a shell and tube heat exchanger. Heat and Mass Transfer. 2023. Vol. 59 (10). P. 1781–1791.

9. Bhattacharyya S., Vishwakarma D.K., Srinivasan A., Soni M.K., Goel V., Sharifpur M., Meyer J., Ahmadi M.H., Issakhov A. Thermal performance enhancement in heat exchangers using active and passive techniques: a detailed review. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2022. Vol. 147 (17). P. 9229–9281.

10. Alfellag M.A., Ahmed H.E., Jehad M.G., Farhan A.A. The hydrothermal performance enhancement techniques of corrugated channels: a review. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2022. Vol. 147 (19). P. 10177–10206.

11. Лобанов И.Е. Моделирование течения и теплообмена в трубах с турбулизаторами вязких теплоносителей в ламинарной области, а также в области перехода к турбулентному течению. Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2023. №. 50 (3). С. 24–36.

12. Гильфанов К.Х., Шакиров Р.А. Нейросетевое моделирование теплообменных характеристик при поверхностной интенсификации теплообменного оборудования. Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2020. № 76 (4). С. 5–11.

13. Соловьев С.В., Чернышев А.В. Моделирование теплообмена жидкости в сферическом слое. ЮжноСибирский научный вестник. 2019. № 1 (25). С. 114–122.

14. Ходяшов Е.О., Тюрин М.П., Седляров О.И., Бородина Е.С. Моделирование конвективного теплообменного аппарата с целью повышения его энергоэффективности. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2024. № 3 (411). С. 218–225.

15. Осинцев К.В., Краснов И.А., Васильев К.Д., Егоров В.И., Крохалева Н.Н. Исследование поля температур теплопередачи в теплообменном аппарате типа "труба в трубе" расчетным и численным методом. Оригинальные исследования. 2022. № 12 (11). С. 12–21.

16. Систер В.Г., Пушнов А.С., Пирогова О.В., Карпенко А.С. Современные методы интенсификации процессов тепло- и массообмена в контактных аппаратах с насадкой. Химическая технология. 2018. № 19 (2). С. 81–87.

17. Каган А.М., Систер В.Г., Пушнов А.С., Пирогова О.В., Карпенко А.С. Гидродинамический метод определения активной поверхности насыпных насадок для осуществления тепло- и массообменных процессов. Химическая технология. 2018. № 19 (4). С. 173–177.

18. Коновалов В.И., Романова Е.В., Колиух А.Н. Исследование процесса теплообмена в оребренном трубчатом рекуператоре. Вестник ТГТУ. 2012. № 18 (4). С. 876–880.

19. Stepykin A.V., Ruzanov S.R., Sidyagin A.A., Bukharov D.M., Tutanina E.M. Experimental study of the hydraulic resistance of plate modules of a heat and mass transfer device. Chemical and Petroleum Engineering. 2023. Vol 59 (7–8). P. 563–569.

20. Мальцева О. М. Моделирование процесса намораживания льда на цилиндрической поверхности емкостного криоконцентратора. Техника и технология пищевых производств. 2016. № 3(42). С. 118–124.

21. Silin A. M., Lagutkin M. G., Baranova E. Yu. Reduction of energy consumption for pumping heat carriers while ensuring the required amount of transferred heat in plate heat exchanger. Chemical and Petroleum Engineering. 2024. Vol. 59. P. 618–622.

22. Шаповалов А.В., Кидун Н.М., Никулина Т.Н., Чернявская В.В. Анализ исследований максимальных тепловых потоков в термосифонах с циркуляцией промежуточного теплоносителя. Современные проблемы машиноведения: статья в сборнике ХIV Международной научно-технической конференции. Гомель: Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого. 2023. С. 92–95.

23. Занина К.О., Лагуткин М.Г., Юрицына А.М., Голованов И.Ю. Анализ вариантов оребрения двухтрубного теплообменного аппарата для повышения эффективности процесса. Энерго- и ресурсосбережение: промышленность и транспорт. 2024. № 3 (48). С. 19–25.

24. Stepykin A.V., Goryunov N.S., Malygin L.A., Sidyagin A.A., Bukharov D.M., Tutanina E.M. Influence of the height of surface microroughness on the wettability of polymer-packed devices. Chemical and Petroleum Engineering. 2023. Vol. 59 (1–2) P. 86–92.

25. Vasiliev P.D., Sidyagin A.A., Stepykin A.V., Bukharov D.M., Balakhnin I.A. Influence of the surface structure on the wettability of polymer packing elements in heat- and mass-transfer equipment. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2022. Vol. 56 (2). P. 212–220.