Аналіз впливу товщини труб на кожухотрубний теплообмінник

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225334

Ключові слова:

теплообмінник, перепад тиску, теплопередача, аналіз напруг, товщина труб

Анотація

Теплообмінники є важливим обладнанням для процесу відведення тепла. Найбільш поширеним типом теплообмінника є кожухотрубний. Цей тип широко використовується завдяки своїй простій конструкції. Для досягнення бажаної продуктивності конструкція кожухотрубних теплообмінників виконується зі змінами сторін або кожуха. Тому для отримання оптимальної товщини труб проводяться дослідження з вивчення впливу товщини труб на теплопередачу, перепад тиску і напругу, що виникає в кожухотрубному теплообміннику.

В рамках даного дослідження проводяться роботи з проектування теплообмінників для виробництва кисню продуктивністю 30 т/добу. Стандартом, що використовується в даному дослідженні, є 9-е видання посібника з проектування теплообмінників, складене Асоціацією виробників трубчастих теплообмінників (TEMA). Аналіз впливу товщини труб на теплопередачу, перепад тиску і напругу проводився з використанням платформи SimScale.

Вплив зміни товщини труб на теплопередачу полягає в тому, що чим товща труба, тим нижче ефективність теплопередачі. Найбільше значення ефективності теплообмінника становить 0,969 при зміні товщини труб на 0,5 мм. Найменше значення ефективності теплообмінника становить 0,931 при зміні товщини труб на 1,5 мм. Вплив зміни товщини труб на перепад тиску полягає в тому, що чим товще труба, тим вище перепад тиску. Найбільше значення перепаду тиску спостерігається при зміні товщини труб на 1,5 мм, 321 Па. Найменше значення перепаду тиску спостерігається при зміні товщини труб на 0,5 мм, що становить 203 Па. Товщина труб також збільшує максимальну напругу на компонентах кожуха, головки, трубної решітки, перегородки і сідлових опор, але це значення коливається

Біографії авторів

Krisdiyanto Krisdiyanto , Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Master of Engineering, Lecturer

Department of Mechanical Engineering

Rahmad Kuncoro Adi, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Bachelor Degree, Student

Department of Mechanical Engineering

Sudarisman Sudarisman , Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Associate Professor, Lecturer

Department of Mechanical Engineering

Sinin Bin Hamdan, Universiti Malaysia Sarawak

Professor, Lecturer

Department of Mechanical and Manufacturing Engineering

Посилання

  1. Sekulic, D. P. (1990). A reconsideration of the definition of a heat exchanger. International Journal of Heat and Mass Transfer, 33 (12), 2748–2750. doi: https://doi.org/10.1016/0017-9310(90)90209-d
  2. Qiu, B., Du, B., Huang, C., Chen, W., Yan, J., Wang, B. (2021). The numerical simulation of the flow distribution and flow-induced vibration analysis for intermediate heat exchanger in a pool-type fast breeder reactor. Progress in Nuclear Energy, 131, 103605. doi: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2020.103605
  3. Prasad, A. K., Anand, K. (2020). Design & Analysis of Shell & Tube Type Heat Exchanger. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), 9 (01), 524–539 doi: https://doi.org/10.17577/ijertv9is010215
  4. Shirode, K. D., Rane, S. B., Naik, Y. (2013). Comparison of Design and Analysis of Tube sheet Thickness by Using UHX Code of ASME and TEMA Standard. International Journal of Mechanical Engineering and Technology, 4 (4), 105–117. Available at: http://www.iaeme.com/MasterAdmin/UploadFolder/COMPARISON%20OF%20DESIGN%20AND%20ANALYSIS%20OF%20TUBE%20SHEET%20THICKNESS%20BY%20USING%20UHX%20CODE-2/COMPARISON%20OF%20DESIGN%20AND%20ANALYSIS%20OF%20TUBE%20SHEET%20THICKNESS%20BY%20USING%20UHX%20CODE-2.pdf
  5. Ozden, E., Tari, I. (2010). Shell side CFD analysis of a small shell-and-tube heat exchanger. Energy Conversion and Management, 51 (5), 1004–1014. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2009.12.003
  6. Mizutani, F. T., Pessoa, F. L. P., Queiroz, E. M., Hauan, S., Grossmann, I. E. (2003). Mathematical Programming Model for Heat-Exchanger Network Synthesis Including Detailed Heat-Exchanger Designs. 2. Network Synthesis. Industrial & Engineering Chemistry Research, 42 (17), 4019–4027. doi: https://doi.org/10.1021/ie020965m
  7. Hasan, M. I., Rageb, A. A., Yaghoubi, M., Homayoni, H. (2009). Influence of channel geometry on the performance of a counter flow microchannel heat exchanger. International Journal of Thermal Sciences, 48 (8), 1607–1618. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2009.01.004
  8. Silaipillayarputhur, K., Khurshid, H. (2019). The Design of Shell and Tube Heat Exchangers - A Review. International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development, 9 (1), 87–102. doi: https://doi.org/10.24247/ijmperdfeb201910
  9. Kapale, U. C., Chand, S. (2006). Modeling for shell-side pressure drop for liquid flow in shell-and-tube heat exchanger. International Journal of Heat and Mass Transfer, 49 (3-4), 601–610. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2005.08.022
  10. Xu, S., Wang, W. (2013). Numerical investigation on weld residual stresses in tube to tube sheet joint of a heat exchanger. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 101, 37–44. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2012.10.004
  11. Li, F., Xing, J., Liu, Y. (2011). Thermal Analysis and Stress Analysis of the Heat-Exchange Pipe Based on ANSYS. 2011 Fourth International Conference on Information and Computing, 283–285. doi: https://doi.org/10.1109/icic.2011.137
  12. Li, Z.-H., Jiang, P.-X., Zhao, C.-R., Zhang, Y. (2010). Experimental investigation of convection heat transfer of CO2 at supercritical pressures in a vertical circular tube. Experimental Thermal and Fluid Science, 34 (8), 1162–1171. doi: https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2010.04.005
  13. Erek, A., Özerdem, B., Bilir, L., İlken, Z. (2005). Effect of geometrical parameters on heat transfer and pressure drop characteristics of plate fin and tube heat exchangers. Applied Thermal Engineering, 25 (14-15), 2421–2431. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2004.12.019
  14. Saberimoghaddam, A., Abadi, M. M. B. R. (2017). Parasitic Effect of Tube Wall Longitudinal Heat Conduction on Cryogenic Gas Temperature. Iranian Journal of Chemical Engineering (IJChE), 14 (1), 15–25.
  15. Noh, J.-H., Kwak, D.-B., Yook, S.-J. (2017). Effects of wall thickness and material property on inverse heat conduction analysis of a hollow cylindrical tube. Inverse Problems in Science and Engineering, 26 (9), 1305–1325. doi: https://doi.org/10.1080/17415977.2017.1400027
  16. Hu, W., Jia, P., Nie, J., Gao, Y., Zhang, Q. (2018). A Fast Prediction Model for Heat Transfer of Hot-Wall Heat Exchanger Based on Analytical Solution. Applied Sciences, 9 (1), 72. doi: https://doi.org/10.3390/app9010072
  17. Ravagnani, M. A. S. S., Caballero, J. A. (2007). A MINLP Model for the Rigorous Design of Shell and Tube Heat Exchangers Using the Tema Standards. Chemical Engineering Research and Design, 85 (10), 1423–1435. doi: https://doi.org/10.1016/s0263-8762(07)73182-9
  18. Farr, J. R., Jawad, M. H. (2010). Guidebook for the Design of ASME Section VIII Pressure Vessels. ASME Press, 344. doi: https://doi.org/10.1115/1.859520
  19. Liang, Q. Q. (2005). Performance-Based Optimization of Structures. Theory and Applications. CRC Press. doi: https://doi.org/10.1201/9781482265521
  20. Bichkar, P., Dandgaval, O., Dalvi, P., Godase, R., Dey, T. (2018). Study of Shell and Tube Heat Exchanger with the Effect of Types of Baffles. Procedia Manufacturing, 20, 195–200. doi: https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.02.028
  21. Schmelter, S., Olbrich, M., Schmeyer, E., Bär, M. (2020). Numerical simulation, validation, and analysis of two-phase slug flow in large horizontal pipes. Flow Measurement and Instrumentation, 73, 101722. doi: https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2020.101722
  22. Franck, H., Franck, D. (2012). Forensic engineering fundamentals. CRC Press, 487. doi: https://doi.org/10.1201/b13690
  23. Bergman, T. L., Lavine, A. S., Incropera, F. P., Dewitt, D. P. (2011). Fundamentals of Heat and Mass Transfer. Wiley, 1080.
  24. Khurmi, R., Gupta, J. (2005). A Textbook of Machine design. Ram Naga: Eurasia Publishing House (PVT.) LTD.
  25. Beyers, W. A., Zapke, A., Venter, G. (2015). Improved Cover Type Header Box Design Procedure. R & D Journal of the South African Institution of Mechanical Engineering, 31, 76–85.
  26. Alkhakani, A. J., Adam, N. M., Hairuddin, A. A., Alsabahi, H. K. (2015). Effect of Tube Thickness for Shell and Tube Heat Exchanger in Portable Solar Water Distiller. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), 4 (11), 37–42.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-02-26

Як цитувати

Krisdiyanto , K. ., Adi, R. K., Sudarisman , S. ., & Hamdan, S. B. . (2021). Аналіз впливу товщини труб на кожухотрубний теплообмінник. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(8 (109), 25–35. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225334

Номер

Том 1 № 8 (109) (2021): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Krisdiyanto Krisdiyanto , Rahmad Kuncoro Adi, Sudarisman Sudarisman , Sinin Bin Hamdan

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.