Статья посвящена актуальной задаче исследования отечественного и зарубежного опыта в части разработки эффективного и качественного теплообменного аппарата для использования в промышленной теплоэнергетике. Решение данной задачи обеспечено улучшением теплообменного процесса, снижением производственных издержек, следовательно, и стоимости готового продукта. В статье рассматриваются перспективные методы интенсификации развитой поверхности теплообменных элементов посредством конструктивных изменений. Для повышения интенсификации теплообмена, прежде всего, применяют оребрение внешней или внутренней поверхности несущей трубы. В работе также представлены основные факторы, от которых зависит качество теплообменных аппаратов. Приведен пример численного моделирования теплового потока спирально-оребренной трубы, с помощью которой выявлены эффективные в теплообмене части оребренной поверхности трубы. На основании проведенного обзора сделаны выводы о том, что большинство методов недостаточно проработаны и эффективны, имеют ряд недостатков и применяются в узконаправленных сферах. Проведя анализ существующих перспективных методов, было предложено модифицировать высокочастотную установку для классического спирального оребрения с использованием иного метода внесения энергии для создания ванны расплава, при этом не меняя идею оребрения в целом.
The article is devoted to the actual task of studying domestic and foreign experience in terms of developing an efficient and high-quality heat exchanger for use in industrial heat and power. The solution to this problem is provided by improving the heat exchange process, reducing production costs, and hence the cost of the finished product. The article discusses promising methods of intensification of the developed surface of heat exchange elements by means of structural changes. To increase the intensification of heat transfer, first of all, they use the fins of the outer or inner surface of the carrier tube. The paper also presents the main factors on which the quality of heat exchangers depends. An example of numerical simulation of the heat flux of a spiral-finned tube is given, with the help of which parts of the finned surface of the tube that are effective in heat exchange are identified. Based on the review, it was concluded that most of the methods are not sufficiently developed and effective, have several disadvantages, and are used in narrowly focused areas. After analyzing the existing promising methods, it was proposed to modify the high-frequency setup for classical spiral finning using a different method of introducing energy to create a melt bath, without changing the idea of the finning as a whole.
1. Тимохин И.В. Повышение эффективности теплообменных аппаратов на основе модификации теплообменных поверхностей (оребрение) с использованием ПАВ // Студенческий форум: электрон. научн. журн. 2018. № 28(49). [Электронный ресурс]. URL: https://nauchforum.ru/journal/stud/49/44483 (дата обращения: 25.05.2019).
2. Jong M.C., Yonghan K., Mooyeon L., Yongchan K. Air side heat transfer coefficients of discrete plate finned–tube heat exchangers with large fin pitch. Applied Thermal Engineering. 2010. vol. 30. no 2–3. P. 174–180. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2009.08.001.
3. Лобанов И.Е., Штейн Л.М. Теория интенсифицированного теплообмена и эффективности его применения для перспективных компактных теплообменных аппаратов, применяемых в современном металлургическом производстве // Альманах современной науки и образования. 2010. № 3 (34). С. 24–42.
4. Афанасьева И.В. Существующие технологии оребрения труб // Инженерный вестник Дона. 2019. № 1. [Электронный ресурс]. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2019/5677 (дата обращения: 25.05.2019).
5. Shah R.K., Sekulic D.P. Fundamentals of Heat Exchanger Design. Jon Wiley & Sons, 2003. 941 p.
6. Горобец В.Г. Сравнительный анализ теплоотдачи и гидравлического сопротивления пучков труб с оребрением различного типа // Дисперсные потоки и пористые среды. Интенсификация теплообмена: Труды Четвертой Российской национальной конференции по теплообмену. Т. 6. (Москва, 23–27 октября 2006 г.). М.: Издательский дом МЭИ, 2006. С. 182–186.
7. Haldar S.C., Kochhar G.S., Manohar K., Sahoo R.K. Numerical study of laminar free convection about a horizontal cylinder with longitudinal fins of finite thickness. International Journal of Thermal Sciences. 2007. vol. 46. no. 7. P. 692–698. DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2006.10.001.
8. Сергеев И.П., Деменок С.Л., Богданов Д.М. Краткое изложение основных положений технического расчета конвективного теплообмена при движении жидкости в прямых трубах круглого и поперечного сечения: учеб. пособие. СПб.: Страта, 2018. 64 с.
9. Global metals distributor [Электронный ресурс]. URL: http://www.ts-aceroinoxidable.com (дата обращения: 25.05.2019).
10. Tube Supply International Ltd [Электронный ресурс]. URL: https://www.tubesupplyinternational.co.uk (дата обращения: 25.05.2019).
11. Lemouedda A., Schmid A., Franz E., Breuer M., Delgado A. Numerical investigations for the optimization of serrated finned-tube heat exchangers. Applied Thermal Engineering. 2011. vol. 31. no. 8–9. P. 1393–1401. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2010.12.035.
12. Терех А.М., Шаповал О.Е., Письменный Е.Н. Среднеповерхностный теплообмен в поперечно-омываемых коридорных пучках труб с разрезным спиральноленточным оребрением // Промышленная теплотехника. 2001. № 1–2. C. 35–41.
13. Юдин В.Ф. Разработка методик теплового и аэродинамического расчета пучков оребренных труб энергетических установок: дис. ... докт. тех. наук. Ленинград, 1983. 472 с.
14. Anoop B., Balaj C., Velusamy K. A characteristic correlation for heat transfer over serrated finned tubes. Annals of Nuclear Energy. vol. 85. P. 1052–1065. DOI: 10.1016/j.anucene.2015.07.025.
15. Попов И.А., Махянов Х.М., Гуреев В.М. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена / Под общ. ред. Ю.Ф. Гортышова. Казань: Изд. дом «Логос», 2012. 559 с.
16. Rohit S.N., Balaji C. Synergistic analysis of heat transfer characteristics of an internally finned two phase closed thermosiphon. Applied Thermal Engineering. 2016. vol. 101. P. 720–729. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.01.084.
17. Swastik A., Sukanta K.D. Natural convection heat transfer from a horizontal hollow cylinder with internal longitudinal fins. International Journal of Thermal Sciences. 2018. vol. 134. P. 40–53. DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2018.07.039.
18. Luanfang D., Xiang L., Hao P. Flow and heat transfer characteristics of a double-tube structure internal finned tube with blossom shape internal fins. Applied Thermal Engineering, 2018. vol. 128. P. 1102–1115. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.09.026.
19. Fabbri G. Heat transfer optimization in internally finned tubes under laminar flow conditions. International Journal of Heat and Mass Transfer. 1998. vol. 41. no. 10. P. 1243–1253. DOI: 10.1016/S0017-9310(97)00209-3.
20. Hao P., Lin L., Xiang L., Yang L. Thermo-hydraulic performances of internally finned tube with a new type wave fin arrays. Applied Thermal Engineering. 2016. vol. 98. P. 1174–1188. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2015.12.115.
21. Hilding W.E., Coogan C.H. Heat transfer and pressure drop in internally finned tubes. Symposium on Air Cooled Heat Exchangers, ASME. N.Y., 1964. P. 57–84.
22. Gaddis H.L., Myers G.W., Welsh O.S. Method of making internally finned heat exchanger tubes // Патент США № US2731709A. 24.01.1956.
23. Гортышов Ю.Ф. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования // Интенсификация теплообмен / Под общ. ред. Ю.Ф. Гортышова. Казань: Центр инновационных технологий, 2009. 531 с.
24. Светлов Ю.В. Интенсификация гидродинамических и тепловых процессов в аппаратах с турбулизаторами потока: Теория, эксперимент, методы расчета. М.: ИНФРА-М, 2016. 304 с.
25. Дзюбенко Б.В., Мякочин А.С. Моделирование теплогидравлических процессов в каналах с вихревыми интенсификаторами теплообмена. М.: Изд-во МАИ, 2016. 216 с.
26. Письменный Е.Н., Багрий П.И., Терех А.М., Семеняко А.В. Оптимизация оребрения новой теплообменной поверхности на основе плоскоовальных труб // Инженерно-физический журнал. 2013. № 5. С. 1002–1007.
27. Патон Б.Е. Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона для современной энергетики // Сварка и родственные технологии. 2013. № 10–11. С. 14–22.
28. Письменный Е.Н., Терех А.М., Баранюк А.В., Бурлей В.Д. Теплообмен и аэродинамическое сопротивление малорядных пучков плоскоовальных труб с неполным оребрением // Тепло- и массообменные аппараты. 2010. № 5. С. 34–41.