Обгрунтування ефективності гладких профільованих теплообмінних поверхонь для підвищення компактності енергетичних установок

Автор(и)

  • Valerii Kuznetsov Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова пр. Героїв України, 9, м. Миколаїв, Україна, 54025, Україна https://orcid.org/0000-0002-3678-595X

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.214829

Ключові слова:

енергетична установка, компактність, теплообмінний апарат, теплогідравлічна ефективність, профільована поверхня, RSM–модель турбулентності.

Анотація

Представлено обґрунтування використання гладких профільованих поверхонь не круглого поперечного перерізу для підвищення компактності енергетичних установок. Обґрунтовано критерій теплогідравлічної компактності поверхні, що враховує компоновку і розташування елементів теплопередачі і їх теплогідравлічну ефективність. Для моделювання процесів руху та переносу теплоти в елементах енергетичних установок використаний метод обчислювальної гідродинаміки. Проведена верифікація з наявними літературними даними, розбіжність результатів не перевищила 2,4 %. Показано, що для поодиноких профілів еліптичного і плоскоовального перерізу існує локальний максимум ефективності, який досягається при співвідношенні осей 2,5 для еліптичного і 2,75 для плоскоовального. Проведено дослідження зміни коефіцієнта тепловіддачі по рядах трубного пучка. Отримано, що для пучка еліптичних труб стабілізація тепловіддачі настає з п'ятого ряду. Розглянуто поверхні теплопередачі, виконані з круглих, еліптичних і плоскоовальних труб з різними поєднаннями геометричних характеристик. Отримано, що на основі еліптичних труб можливе зниження об’єму теплопередавальної поверхні і підвищення компактності всієї енергетичної установки, на 18,3 % в порівнянні з круглими трубами і на 2,4 % в порівнянні з плоскоовальними. Обґрунтовано безрозмірні показники маси, об'єму, функціональної ефективності та ресурсу теплообмінного апарату, що дозволяють проводити їх порівняння в складі різних енергетичних установок. Показано, що доцільно продовжити дослідження особливостей процесів переносу теплоти в стиснених, з співвідношеннями відносних поздовжніх і поперечних кроків менше 1,5, пучках еліптичних труб зі співвідношенням осей 2,5.

Біографія автора

Valerii Kuznetsov, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова пр. Героїв України, 9, м. Миколаїв, Україна, 54025

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра Системотехніки морської інфраструктури і енергетичного менеджменту

Посилання

  1. Reliable gas turbines. Available at: new.siemens.com/global/en/products/energy/power-generation/gas-turbines
  2. Waste Heat Recovery System (WHRS) for Reduction of Fuel Consumption, Emissions and EEDI. MAN Diesel & Turbo. Available at: https://mandieselturbo.com/docs/librariesprovider6/technical-papers/waste-heat-recovery-system.pdf
  3. Arkhipov, G. A., Borovikova, I. A., Danilovsky, A. G. (2019). Composition and location of maritime equipment transport ships. Morskie intellektualnye tekhnologii, 2 (44), 136–142.
  4. Pysmennyi, Ye. M., Kondratiuk, V. A., Terekh, O. M., Rudenko, O. I., Baraniuk, O. V. (2015). Analysis of experimental data on aerodynamic drag of flat-oval tube bundles. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (8 (78)), 19. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.55529
  5. Cherednichenko, O., Serbin, S., Dzida, M. (2019). Investigation of the Combustion Processes in the Gas Turbine Module of an FPSO Operating on Associated Gas Conversion Products. Polish Maritime Research, 26 (4), 149–156. doi: http://doi.org/10.2478/pomr-2019-0077
  6. Wong, H. Y. (1977). Handbook of Essential Formulae and Data on Heat Transfer for Engineers. Longman: Technology & Engineering, 236.
  7. Pis’mennyi, E. N. (2012). Ways for improving the tubular heaters used in gas turbine units. Thermal Engineering, 59 (6), 485–490. doi: http://doi.org/10.1134/s0040601512060080
  8. Sajadi, A. R., Yamani Douzi Sorkhabi, S., Ashtiani, D., Kowsari, F. (2014). Experimental and numerical study on heat transfer and flow resistance of oil flow in alternating elliptical axis tubes. International Journal of Heat and Mass Transfer, 77, 124–130. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.05.014
  9. Shahane, A., Ghodake, L., Kashid, D. T., Ghodake, D. S. (2019). Enhancement of Heat Transfer Coefficient through Forced Convection Apparatus by Using Circular and Elliptical Pipe. International Journal of New Technology and Research, 5 (4), 38–43. doi: http://doi.org/10.31871/ijntr.5.4.22
  10. Lopata, S., Oclon, P., Stelmach, T., Markowski, P. (2019). Heat transfer coefficient in elliptical tube at the constant heat flux. Thermal Science, 23 (4), 1323–1332. doi: http://doi.org/10.2298/tsci19s4323l
  11. Hasan, A. (2005). Thermal-hydraulic performance of oval tubes in a cross-flow of air. Heat and Mass Transfer, 41 (8), 724–733. doi: http://doi.org/10.1007/s00231-004-0612-7
  12. Khan, W. A., Culham, J. R., Yovanovich, M. M. (2005). Fluid Flow Around and Heat Transfer From Elliptical Cylinders: Analytical Approach. Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 19 (2), 178–185. doi: http://doi.org/10.2514/1.10456
  13. Khalatov, A. A. (2005). Heat Transfer and Fluid Mechanics over Surface Indentation (Dimples). Kyiv: National Academy of Science of Ukraine. Institute of Engineering Thermophisics.
  14. Kuznetsov, V. V. (2020). Mnogourovnevaia otsenka effektivnosti protsessov perenosa teploty v elementakh energeticheskikh ustanovok. Problemy regionalnoi energetiki, 3 (47), 28–38.
  15. Bystrov, Iu. A., Isaev, S. A., Kudriavtsev, N. A., Leontev, A. I. (2005). Chislennoe modelirovanie vikhrevoi intensifikatsii teploobmena v paketakh trub. Saint Petersburg: Sudostroenie, 398.
  16. Patankar, S. (1980). Numerical Heat Transfer and Fluid Flou. Hemisphere Publishing Corporation, New York, 152. doi: http://doi.org/10.1201/9781482234213
  17. Bronshtein, I. N., Semendiaev, K. A. (1986). Spravochnik po matematike dlia inzhenerov i uchaschikhsia vtuzov. Moskva: Fiz.-mat. Lit., 544.
  18. Kuznetsov, V. V., Solomoniuk, D. N. (2008). Proektirovanie teploobmennykh apparatov dlia GTU slozhnykh tsiklov. Vіsnik NTU „KHPІ”, 35, 78–88.
  19. Gukhman, A. A. (2010). Primenenie teorii podobiia k issledovaniiu protsessov teplo-massoobmena: Protsessy perenosa v dvizhuscheisia srede. LKI, 330.
  20. Kutateladze, S. S. (1990). Teploperedacha i gidrodinamicheskoe soprotivlenie. Moscow: Energoatomizdat, 367.
  21. Martynenko, O. G. (1987). Spravochnik po teploobmennikam. Vol. 2. Moscow: Energoatomizdat, 352.
  22. Product & Specification (Marine division): Catalog. Available at: http://www.kangrim.com/_kang/Catalog.pdf
  23. Exhaust Gas Heat Exchanger. Available at:https://www.kelvion.com/products/product/exhaust-gas-heat-exchanger/
  24. Waste heat boiler. Available at: https://www.viessmann.ae/en/industry/waste-heat-boilers.html
  25. Waste heat recovery heater. Available at: https://www.alfalaval.com/products/heat-transfer/heaters/waste-heat-recovery-heater/
  26. DNV GL. Rules For Classification. Ships. Part 4 Systems and components. Chapter 7 Pressure equipment. Available at: https://rules.dnvgl.com/docs/pdf/DNVGL/RU-SHIP/2015-10/DNVGL-RU-SHIP-Pt4Ch7.pdf
  27. ISO 16528-1:2007. Boilers and pressure vessels. Part 1: Performance requirements. Available at: https://www.iso.org/standard/41079.html
  28. DIN EN 13445-3:2018-12. Unfired pressure vessels – Part 3: Design. German version EN 13445-3:2014. Available at: https://standards.iteh.ai/catalog/standards/cen/80b1e81a-4621-4fa3-937e-26b1003246b4/en-13445-3-2014

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-31

Як цитувати

Kuznetsov, V. (2020). Обгрунтування ефективності гладких профільованих теплообмінних поверхонь для підвищення компактності енергетичних установок. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(8 (108), 17–24. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.214829

Номер

Том 6 № 8 (108) (2020): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Валерий Валериевич Кузнецов

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.