Методическое пособие 809

Принимая в качестве допущения, что изменение массы жидкости и площади смоченной поверхности в процессе отдельного периода потребления паров происходит незначительно, предположим:

Увеличение равновесной упругости паров за счет дополнительного испарения СУГ составляет величину второго порядка малости rdG → 0 и может не учитываться в дальнейших исследованиях. При этом погрешность расчетов не превышает 2 %.

Тогда продолжительность периода отдыха баллона определится по выражению:

Нагрев баллона осуществляется в процессе отдыха, который проходит в промежуток времени от 0 до кон, при этом температура газа в баллоне изменяется от tИ к tО:

Выразим температуру сжиженного газа в конце периода отдыха:

ecгMгИ cстMстИ

где е — число Эйлера.

Интенсивное испарение газа в баллоне осуществляется в процессе потребления газа, при этом паровая фаза образуется частично за счет притока теплоты из окружающей среды, частично за счет снижения температуры газа в баллоне. Одновременно происходит снижение равновесной упругости насыщенных паров.

Уравнение теплового баланса баллона периода газопотребления имеет вид:

51

Научный журнал строительства и архитектуры

Продолжительность периода испарения определится как:

Продолжительность испарения газа в баллоне с учетом диапазона значений изменения времени 0 d исп :

После подстановки пределов получим:

Преобразуем выражение (13) с учетом выражения (8), определив часовой расход газа баллоном:

Анализ выражений (1) и (14) показывает, что паропроизводительность баллона при периодическом отборе паров должна быть скорректирована с учетом наличия периодов испарения газа и отдыха. Поправочный коэффициент неравномерности газопотребления в этом случае может быть представлен, как отношение общего периода использования баллона к периоду испарения газа в баллоне:

1 ecгMгИ cстMстИ

Как показывает анализ выражения (15), поправочный коэффициент существует в диапазоне значений:

1 , при значительном перерыве в газоснабжении, т. е. τкон → ∞;

= 1, при постоянном газопотреблении из баллона, т. е. τкон → 0.

Тогда выражение (1)вусловияхпериодического потребления газа из баллона примет вид:

2. Определение коэффициента теплопередачи стенки композитного баллона. Для возможности реализации выражения (16) необходимо провести исследования по определению значений коэффициента теплопередачи стенки композитного баллона. Большое количество исследований посвящено изучению процесса передачи тепла через металлическую стенку баллонов и резервуаров СУГ [2, 3, 7, 13, 23]. В то же время в известной литературе отсутствуют сведения по особенностям передачи тепла через стенку композитного баллона. Значительное отличие по материалу изготовления не позволяет применять значения коэффи-

52

циентов теплопередачи, используемых при расчете металлических сосудов под давлением и определять величину передачи тепла от окружающей среды композитному баллону по известным зависимостям без соответствующей адаптации.

Рассмотрим приток тепла к жидкой фазе сжиженного газа (рис. 1).

Воздействие окружающей среды на баллон осуществляется в двух характерных зонах:

омываемой жидкой фазе газа (радиальное тепло);

омываемой паровой фазе газа и передаваемой по стенке жидкой фазе (тангенциальное тепло).

Для решения поставленной задачи воспользуемся следующими допущениями:

поступление тепла к баллону от воздуха осуществляется за счет естественной конвективной передачи тепла [14, 19, 20];

температура стенки баллона одинакова по толщине и постоянна: tcm = const;

температура стенки, омываемой жидкой фазой, равна температуре сжиженного га-

за: tcm = tж [6].

Количество тепла, поступающего к жидкости вследствие радиальной проводимости

стенки баллона:

гдеα— коэффициент теплоотдачи отокружающей среды стенке композитного баллона, Вт/м2К. В своюочередь, площадь смоченной поверхности баллона, м2, определяется:

где h — высота композитного баллона СУГ, м; d — диаметр баллона, м; — толщина стенки композитного баллона, м; — уровень заполнения баллона жидкой фазой, доли.

Теплоприток к жидкой фазе продукта вследствие тангенциальной проводимости стенки баллона будет иметь, таким образом, следующий вид:

где λст — коэффициент теплопроводности стенки баллона, участвующей в тангенциальном теплообмене, Вт/м K; Рt — периметр поверхности стенок баллона, участвующих в тангенциальном теплообмене, м.

Периметр поверхности баллона, участвующей в теплообмене с паровой фазой и передающей тепло тангенциально, определяется по формуле:

53

Научный журнал строительства и архитектуры

Таким образом, коэффициент теплопередачи стенки композитного баллона, отнесенный к его смоченной поверхности, с учетом выражений (17)—(20) примет вид:

Принимая во внимание, что установка баллонов осуществляется в помещении кухонь, в непосредственной близости от газовой плиты, отдача тепла от воздуха к стенке композитного баллона будет проходить за счет естественной конвекции воздуха в помещении. Коэффициент теплоотдачи от воздуха гладкой неметаллической поверхности в этом случае определяется зависимостью [19, 20]:

где v — скорость движения воздуха около поверхности, м/с.

С учетом нормативных требований к скорости движения воздуха в помещениях кухонь жилых зданий согласно СанПиН 2.1.2645, значение коэффициента теплоотдачи примет значение 6,6 Вт/м2К.

В соответствии с выражением (22), с учетом (18), (20), (23) были выполнены расчеты для определения коэффициента теплопередачи стенки композитного баллона СУГ двух наиболее распространенных в практике эксплуатации типоразмеров баллонов с объемом 24,5 и 47 л, с учетом динамики изменения уровня заполнения жидкой фазой газа в диапазоне

10 %≤φ≤85 %.

Результаты расчетов приведены на графиках (рис. 2). Для сравнения на рис. 2 представлены результаты научных исследований [8] по определению коэффициента теплопередачи стальных 50-литровых баллонов СУГ.

Рис. 2. Значения коэффициента теплопередачи стенки баллонов СУГ:

1 — композитный баллон объемом 24,5 л; 2 — композитный баллон объемом 47 л; 3 — металлический баллон объемом 50 л

54

Как показывает анализ графиков (рис. 2) коэффициент теплопередачи стенки баллона значительно зависит от уровня заполнения. Наименьшие значения коэффициента 6,7 Вт/м2К наблюдаются при уровне жидкой фазы в баллоне 85 %. По мере опорожнения баллона коэффициент теплопередачи увеличивается и при минимальном уровне заполнения (10 %) составляет 9,8 Вт/м2К для композитного баллона объемом 47 л и 9,4 Вт/м2К для композитного баллона объемом 24,5 л соответственно.

Сравнение коэффициентов теплопередачи металлической стенки и стенки баллона из композитного материала показывает значительное расхождение значений. Наибольшая разница составляет 53,7 % при начальном уровне заполнения баллонов 85 %.

Таким образом, материал изготовления баллонов оказывает значительное влияние на величину коэффициента теплопередачи. Следовательно, применение основных зависимостей по определению теплопритока для металлических баллонов и формирование на их основе рекомендаций по определению паропроизводительности композитных баллонов обусловит значительную погрешность в определении параметров эксплуатации.

Обработка результатов исследований на ЭВМ позволила получить выражение для определения коэффициента теплопередачи стенки композитного баллона с учетом его уровня заполнения жидкой фазой газа. Выражение справедливо для диапазона значений уровня заполнения от 10 %≤φ≤85 % с корреляцией R² = 0,997:

3. Определение коэффициента неравномерности газопотребления. Для определения поправочного коэффициента в выражении (16) были проведены соответствующие расчеты.

Вкачестве исходных данных были приняты:

вариативная непрерывная длительность газопотребления в сутки — 1, 2, 4, 8, 12, 16, 24 часа;

заполнение баллона жидкой фазой газа — 50 и 10 %;

объем композитных баллонов — 24,5 и 47 л.

Результаты расчетов представлены на рис. 3.

Расчет показал, что коэффициент неравномерности газопотребления принимает значения более единицы, если потребление газа осуществляется менее четырех часов в сутки. В этом случае увеличение паропроизводительности баллона будет иметь существенное значение. Например, при продолжительности газопотребления один час, коэффициент = 2 (при объеме баллона 47 л и уровне заполнения жидкой фазой 50 %, кривая 1), значит, количество испаренного газа в баллоне возрастает в 2 раза. Аналогичная ситуация прослеживается при использовании баллона меньшей вместимости. При объеме баллона 24,5л и часовом непрерывном газопотреблении коэффициент неравномерности газопотребления равен 1,5 (кривая 2). При уменьшении заполнения баллонов газом значения коэффициента уменьшаются и составляют от 1,2 (баллон 24,5 л, кривая 4) до 1,4 (баллон 50 л, кривая 3). При этом различие значений коэффициента в зависимости от объема баллона и уровня его заполнения жидкой фазой наблюдается только в период газопотребления до четырех часов. Так, например, при продолжительности газопотребления 2 часа для баллона объемом 47 л при уровне заполнения жидкой фазой 50 % коэффициент имеет значение =1,4, а при уровне заполнения жидкой фазой 10 % =1,1, то есть различается на 21,5 %. При уменьшении продолжительности газопотребления до 1 часа разница значений возрастает до 30 %.

Таким образом, при непрерывном использовании баллонов менее четырех часов необходимо учитывать коэффициент неравномерности газопотребления, обеспечивающего увеличение их паропроизводительности.

При продолжительности газопотребления более четырех часов коэффициент неравномерности газопотребления становится равен единице, и можно считать, что баллон работает

55

Научный журнал строительства и архитектуры

в режиме постоянного отбора паровой фазы газа при любом объеме газового баллона и любом уровне заполнения жидкой фазой газа.

Выводы. Практическая значимость проведенных исследований заключается в разработке математической модели теплообмена композитного баллона с окружающей средой при периодическом режиме газопотребления, установлении критериев, влияющих на паропроизводительность баллона в условиях естественной конвекции окружающего воздуха с учетом тангенциальной проводимости стенки, контактирующей с паровой фазой сжиженного газа, в получении аппроксимирующей зависимости определения коэффициента теплопередачи стенки баллона в зависимости от уровня заполнения баллона газом, определении поправочного коэффициента к расчетной производительности баллона в условиях периодического газопотребления.

Научное обоснование представленных в статье новых результатов позволит разработать рекомендации по выбору режимов эксплуатации композитных баллонов сжиженного газа, что повысит их привлекательность на рынке газоснабжения периодически и сезонно эксплуатируемых объектов.

Библиографический список

1.Ионин, А. А. Газоснабжение / А. А. Ионин, В. А. Жила, В. В. Артихович, М. Г. Пшоник. — М.: АСВ, 2012. — 472 с.

2.Курицын, Б. Н. Обоснование компонентного состава сжиженного газа для коммунально-бытового потребления / Б. Н. Курицын, Е. В. Иванова, М. В. Павлутин // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. — № 6. — 2003. — С. 54—57.

3.Курицын, Б. Н. Температурные режимы хранения сжиженного углеводородного газа в подземных резервуарных установках / Б. Н. Курицын, Н. Н. Осипова, С. А. Максимов // Материалы XI Междунар. науч.- практ. конф. «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» / Пензенский гос. ун-т архитектуры и строительства. — Пенза: Приволжский Дом знаний, 2010. — C. 166—169.

56

4.Курицын, Б. Н. Исследование теплообмена при хранении и регазификации сжиженного углеводо-

родного газа в подземных резервуарных установках / Б. Н. Курицын, Н. Н. Осипова, А. П. Усачев, С. А. Максимов // Вестник гражданских инженеров. — 2011. — Вып. № 3 (28). — С. 82—87.

5.Курицын, Б. Н. Снижение материалоэнергоемкости поселковых систем газораспределения и газопотребления / Б. Н. Курицын, Д. А. Постарнак, Н. С. Бессонова // Материалы Междунар. научн.-практ. конф. «Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона». — Саратов: СГТУ, 2013. — С. 353—355.

6.Курицын, Б. Н. Моделирование теплообмена в установках баллонного снабжения сжиженным газом / Б. Н. Курицын, Д. А. Постарнак // Материалы Междунар. научн.-практ. конф. «Культурно-историческое наследие строительства: вчера, сегодня, завтра». — Саратов: СГАУ, 2014. — С. 69—72.

7.Осипова, Н. Н. Режимы эксплуатации систем газоснабжения на базе баллонных установок сжиженного углеводородного газа / Н. Н. Осипова, Б. М. Гришин, Г. И. Грейсух, Е. Г. Ежов // Региональная архитектура и строительство. — 2018. — № 3 (36). — С. 184—193.

8.Постарнак, Д. А. Применение бутано-этановых смесей в системах баллонного газоснабжения / Д. А. Постарнак, Б. Н. Курицын // Материалы XXVI Междунар. науч. конф. «Математические методы в технике

итехнологиях — ММТТ». — Саратов: СГТУ, 2013. — С. 220—222.

9.Рынок сжиженных углеводородных газов. Текущая ситуация и прогноз 2014—2018 гг.: маркетинговое исследование. — ALTO CONSULTING GROUP, 2014. — 167 с.

10.Тульцов, В. А. Применение композитных газовых баллонов при газоснабжении потребителей / В. А. Тульцов // Совершенствование методов гидравлических расчетов водопропускных и очистных сооружений. — 2019. —Т. 1, № 1 (44). — С. 115—118.

11.Argus, Argus International LPG: daily international LPG prices and market commentary, Argus Media Group, Issue 18—22, January 2018. — https://www.argusmedia.com/-/media/Files/sample-reports/argus-international- lpg.ashx?la=en&hash=1083A42166DD26A422034E980B71BD33993755B9.

12.Chen, Q. S. Analysis oftemperature and pressure changes in liquefied natural gas (LNG) cryogenic tanks /

Q. S. Chen, J. Wegrzyn, V. Prasad // Cryogenics. — 2004. — № 44 (10). — P. 701—709. — https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.652.462&rep=rep1&type=pdf.

13.Cristescu, T. On a Class of Thermodynamic Process Involved in the Тransport and Storage of Liquefied Petroleum Gas / T. Cristescu, P. Ciobanu // Oil &Gas University of Ploiesti Bulletin. Technical Series. — 2010. — Vol. 62, № 3B. — P. 162—168.

14.Jha, B. K. Transient natural convection flow between vertical concentric cylinders heated/cooled asymmetrically/ B. K. Jha, M. O. Oni // Proc IMechE, Part A: J Power Energy. — 2018. — № 232. — P. 926—939.

15.Jones, J. С. Hydrocarbons — Physical Properties and their Relevance to Utilisation Hydrocarbons — Physical Properties and their Relevance to Utilisation / J. C. Jones. — Ventus Publishing ApS, 2010.

16.Miana, M. Comparison of evaporation rate and heat flow models for prediction of liquefied natural gas (LNG) ageing during ship transportation / M. Miana, Hoyo R. Del, V. Rodrigalvarez // Fuel 2016:177:87—106. — https://www.researchgate.net/publication/297597820_Comparison_of_evaporation_rate_and_heat_flow_models_for_pr ediction_of_Liquefied_Natural_Gas_LNG_ageing_during_ship_transportation.

17.Migliore, C. A non-equilibrium approach to modelling the weathering of stored / Liquefied Natural Gas (LNG) / Calogero Migliore, Amin Salehi1, Velisa Vesovic. — Department of Earth Science and Engineering, Imperial College London, London SW7 2AZ, United Kingdom 2 Repsol, S. A., calle de Mendez Alvaro, 44, 28045, Madrid, Spain, 2019. — 27 p.

18.Osipova, N. N. Justification of operating conditions for gas supply systems based on cylinder units of liquefied hydrocarbon gas / N. N. Osipova, B. M. Grishin, Yu. V. Rodionov, O. V. Tarakanov, G. I. Greisukh // J. of Engineering and Applied Sciences. — 2016. — Vol. 11, № 12. — P. 2723—2728.

19. Roh, G. S. Numerical study of natural convection in a liquefied natural gas tank / G. S. Roh, G. Son //

J.Mech. Sci. Technol. — 2012. — Vol. 26. — P. 3133—3144.

20.Roh, G. S. Numerical study of transient natural convection in a pressurized LNG storage tank / G. S. Roh, G. Son, G. Song, et al. // Appl. Therm. Eng. — 2013. — Vol. 52. — P. 209—220.

21.Yaws, C. L. The Yaws handbook of vapor pressure: antoine coefficients / C. L. Yaws // Gulf Professional Publishing, New York, 2015.

22.Zakaria, Z. B. Heat and mass transfer studies in liquefied petroleum gas storage operations / Z. B. Zakaria, A. Mustafa, H. Mat // Universiti Teknologi Malaysia, 2006.

23.Zakaria, Z. B. The influence of compositions on liquefied petroleum gas residue in storage / Z. Zakaria, A. Mustafa // Int. J. Recent. Res. Appl. Stud. — 2011. — Vol. 7. — P. 360—367.

References

1. Ionin, A. A. Gazosnabzhenie / A. A. Ionin, V. A. Zhila, V. V. Artikhovich, M. G. Pshonik. — M.: ASV, 2012. — 472 s.

57

Научный журнал строительства и архитектуры

2.Kuritsyn, B. N. Obosnovanie komponentnogo sostava szhizhennogo gaza dlya kommunal'no-bytovogo potrebleniya / B. N. Kuritsyn, E. V. Ivanova, M. V. Pavlutin // Vestnik BGTU im. V. G. Shukhova. — № 6. — 2003. — S. 54—57.

3.Kuritsyn, B. N. Temperaturnye rezhimy khraneniya szhizhennogo uglevodorodnogo gaza v podzemnykh rezervuarnykh ustanovkakh / B. N. Kuritsyn, N. N. Osipova, S. A. Maksimov // MaterialyXI Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. «Problemy energosberezheniya i ekologii v promyshlennom i zhilishchno-kommunal'nom kompleksakh» / Penzenskii gos. un-t arkhitekturyi stroitel'stva. — Penza: Privolzhskii Dom znanii, 2010. — C. 166—169.

4.Kuritsyn, B. N. Issledovanie teploobmena pri khranenii i regazifikatsii szhizhennogo uglevodorodnogo gaza v podzemnykh rezervuarnykh ustanovkakh / B. N. Kuritsyn, N. N. Osipova, A. P. Usachev, S. A. Maksimov // Vestnik grazhdanskikh inzhenerov. — 2011. — Vyp. № 3 (28). — S. 82—87.

5.Kuritsyn, B. N. Snizhenie materialoenergoemkosti poselkovykh sistem gazoraspredeleniya i gazopotrebleniya / B. N. Kuritsyn, D. A. Postarnak, N. S. Bessonova // Materialy Mezhdunar. nauchn.-prakt. konf. «Resursoenergoeffektivnye tekhnologii v stroitel'nom komplekse regiona». — Saratov: SGTU, 2013. — S. 353—355.

6.Kuritsyn, B. N. Modelirovanie teploobmena v ustanovkakh ballonnogo snabzheniya szhizhennym gazom / B. N. Kuritsyn, D. A. Postarnak // Materialy Mezhdunar. nauchn.-prakt. konf. «Kul'turno-istoricheskoe nasledie stroitel'stva: vchera, segodnya, zavtra». — Saratov: SGAU, 2014. — S. 69—72.

7.Osipova, N. N. Rezhimy ekspluatatsii sistem gazosnabzheniya na baze ballonnykh ustanovok szhizhennogo uglevodorodnogo gaza / N. N. Osipova, B. M. Grishin, G. I. Greisukh, E. G. Ezhov // Regional'naya arkhitektura i stroitel'stvo. — 2018. — № 3 (36). — S. 184—193.

8.Postarnak, D. A. Primenenie butano-etanovykh smesei v sistemakh ballonnogo gazosnabzheniya / D. A. Postarnak, B. N. Kuritsyn // Materialy XXVI Mezhdunar. nauch. konf. «Matematicheskie metody v tekhnike i tekhnologiyakh — MMTT». — Saratov: SGTU, 2013. — S. 220—222.

9.Rynok szhizhennykh uglevodorodnykh gazov. Tekushchaya situatsiya i prognoz 2014—2018 gg.: marketingovoe issledovanie. — ALTO CONSULTING GROUP, 2014. — 167 s.

10.Tul'tsov, V. A. Primenenie kompozitnykh gazovykh ballonov pri gazosnabzhenii potrebitelei / V. A. Tul'tsov // Sovershenstvovanie metodov gidravlicheskikh raschetov vodopropusknykh i ochistnykh sooruzhenii. — 2019. — T. 1, № 1 (44). — S. 115—118.

11.Argus, Argus International LPG: daily international LPG prices and market commentary, Argus Media Group, Issue 18—22, January 2018. — https://www.argusmedia.com/-/media/Files/sample-reports/argus-international- lpg.ashx?la=en&hash=1083A42166DD26A422034E980B71BD33993755B9.

12.Chen, Q. S. Analysis oftemperature and pressure changes in liquefied natural gas (LNG) cryogenic tanks /

Q. S. Chen, J. Wegrzyn, V. Prasad // Cryogenics. — 2004. — № 44 (10). — P. 701—709. — https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.652.462&rep=rep1&type=pdf.

13.Cristescu, T. On a Class of Thermodynamic Process Involved in the Тransport and Storage of Liquefied Petroleum Gas / T. Cristescu, P. Ciobanu // Oil &Gas University of Ploiesti Bulletin. Technical Series. — 2010. — Vol. 62, № 3B. — P. 162—168.

14.Jha, B. K. Transient natural convection flow between vertical concentric cylinders heated/cooled asymmetrically/ B. K. Jha, M. O. Oni // Proc IMechE, Part A: J Power Energy. — 2018. — № 232. — P. 926—939.

15.Jones, J. С. Hydrocarbons — Physical Properties and their Relevance to Utilisation Hydrocarbons — Physical Properties and their Relevance to Utilisation / J. C. Jones. — Ventus Publishing ApS, 2010.

16.Miana, M. Comparison of evaporation rate and heat flow models for prediction of liquefied natural gas (LNG) ageing during ship transportation / M. Miana, Hoyo R. Del, V. Rodrigalvarez // Fuel 2016:177:87—106. — https://www.researchgate.net/publication/297597820_Comparison_of_evaporation_rate_and_heat_flow_models_for_pr ediction_of_Liquefied_Natural_Gas_LNG_ageing_during_ship_transportation.

17.Migliore, C. A non-equilibrium approach to modelling the weathering of stored / Liquefied Natural Gas (LNG) / Calogero Migliore, Amin Salehi1, Velisa Vesovic. — Department of Earth Science and Engineering, Imperial College London, London SW7 2AZ, United Kingdom 2 Repsol, S. A., calle de Mendez Alvaro, 44, 28045, Madrid, Spain, 2019. — 27 p.

18.Osipova, N. N. Justification of operating conditions for gas supply systems based on cylinder units of liquefied hydrocarbon gas / N. N. Osipova, B. M. Grishin, Yu. V. Rodionov, O. V. Tarakanov, G. I. Greisukh // J. of Engineering and Applied Sciences. — 2016. — Vol. 11, № 12. — P. 2723—2728.

19. Roh, G. S. Numerical study of natural convection in a liquefied natural gas tank / G. S. Roh, G. Son //

J.Mech. Sci. Technol. — 2012. — Vol. 26. — P. 3133—3144.

20.Roh, G. S. Numerical study of transient natural convection in a pressurized LNG storage tank / G. S. Roh, G. Son, G. Song, et al. // Appl. Therm. Eng. — 2013. — Vol. 52. — P. 209—220.

21.Yaws, C. L. The Yaws handbook of vapor pressure: antoine coefficients / C. L. Yaws // Gulf Professional Publishing, New York, 2015.

22.Zakaria, Z. B. Heat and mass transfer studies in liquefied petroleum gas storage operations / Z. B. Zakaria, A. Mustafa, H. Mat // Universiti Teknologi Malaysia, 2006.

58

23.Zakaria, Z. B. The influence of compositions on liquefied petroleum gas residue in storage / Z. Zakaria, A. Mustafa // Int. J. Recent. Res. Appl. Stud. — 2011. — Vol. 7. — P. 360—367.

MODELING OF OPERATING MODES

GAS COMPOSITE CYLINDERS

N. N. Osipova 1, B. M. Grishin 2

Saratov State Technical University Named after Gagarin Yu. A.,

Institute of Urban Planning, Architecture and Construction1

Russia, Saratov

Penza State University of Architecture and Construction,

Institute of Engineering Ecology 2

Russia, Penza

1D. Sc. in Engineering, Head of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas, tel.: (8452) 99-88-93, e-mail: osnat75@mail.ru

2D. Sc. in Engineering, Head of the Dept. of Water Supply, Sewerage and Hydraulic Engineering, tel.: (8412) 92-95-08

Statement of the problem. The emergence of composite cylinders on the market offers a range of technological and operational advantages in comparison with metal cylinders of liquefied hydrocarbon gas. At the sametime, theabsence ofsubstantiatedrecommendations for determiningthe vapor capacityofcylinders by modes oftheir operation in thescientificliteraturelimitstheir wideimplementation intogas practice.

Results. A mathematical model considering the operation of the cylinder in the mode of periodic gas consumption is developed, the coefficient of non-uniformity of gas consumption during the dayis calculated, the values of the heat transfer coefficient of the composite cylinder wall are identified, the approximate dependence of theheat transfer coefficient is obtained.

Conclusions. As a result of the research, the criteria influencing steam productivity of composite cylinders of the liquefied hydrocarbon gas in various operating modes are found.

Keywords: composite cylinder, liquefied hydrocarbon gas, periodic gas consumption, steam capacity, heat transfer coefficient.

ОБЪЯВЛЕН ОТКРЫТЫЙ ПУБЛИЧНЫЙ КОНКУРС НА ПОЛУЧЕНИЕ ГРАН-

ТОВ ФОНДА ПО ПРИОРИТЕТНОМУ НАПРАВЛЕНИЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

«ПРОВЕДЕНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МАЛЫМИ ОТДЕЛЬНЫМИ НАУЧНЫМИ ГРУППАМИ»

(РЕГИОНАЛЬНЫЙ КОНКУРС)

Гранты выделяются на осуществление фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований в 2022—2023 годах по отраслям знаний, указанным в конкурсной документации.

Условием предоставления гранта является обязательство научного коллектива сделать результаты своих научных исследований общественным достоянием, опубликовав их в рецензируемых российских и зарубежных научных изданиях. Другие условия конкурса указываются в конкурсной документации.

Полный текст конкурсной документации, порядок конкурсного отбора научных программ и проектов, порядок проведения экспертизы научных и научно-технических программ и проектов и критерии конкурсного отбора научных, научно-технических программ и проектов опубликованы на сайте Фонда по адресам www.рнф.рф и www.rscf.ru.

59

Научный журнал строительства и архитектуры

DOI 10.36622/VSTU.2021.62.2.004

УДК 536.24

ИНТЕНСИФИЦИРОВАННЫЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЖКХ РФ

Л. А. Кущев 1, В. А. Уваров 2, Н. Ю. Саввин 3, С. В. Чуйкин 4

Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, инженерно-строительный институт 1, 4

Россия, г. Белгород Воронежский государственный технический университет 2, 3, 4

Россия, г. Воронеж

1Д-р техн. наук, проф. кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, тел.: +7-910-363-62-09, e-mail: leonidkuskev@gmail.com

2Д-р техн. наук, проф. кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, тел.: +7-910-363-62-09, e-mail: n-savvin@mail.com

3Аспирант кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, тел.: +7-952-422-25-75, e-mail: n-savvin@mail.ru

4Канд. техн. наук, доц. кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, тел.: (473)271-53-21,

e-mail: ser.chu@mail.ru

Постановка задачи. Рассматривается задача интенсификации теплообменных процессов в пластинчатом теплообменном аппарате на базе теплообменника НН№ 02 фирмы Ridan. Необходимо выполнить анализ существующих методов интенсификации теплообменных процессов в пластинчатых аппаратах, по результатам анализа выбрать наиболее перспективный метод интенсификации процесса теплообмена и на его основе разработать патентозащищенную конструкцию теплообменной пластины. Выполнить лабораторные испытания интенсифицированного пластинчатого теплообменного аппарата с повышенной турбулизацией теплоносителя. Сравнить результаты теплотехнических испытаний на специализированной лабораторной установке разработанного теплообменника и серийного.

Результаты. Приведены результаты сравнения экспериментальных исследований интенсифицированного пластинчатого теплообменного аппарата с повышенной турбулизацией теплоносителя и серийного пластинчатого теплообменника одинаковой тепловой мощности. Построены графики зависимости коэффициента теплопередачи, являющегося основной характеристикой работы теплообменного оборудования, от среднего температурного напора.

Выводы. В результате лабораторных испытаний в специализированной лаборатории БГТУ им. В. Г. Шухова и исследований в Воронежском государственном техническом университете установлен прирост коэффициента теплопередачи за счет повышенной турбулизации потока теплоносителя, что приводит к снижению металлоемкости и уменьшению стоимости теплообменного оборудования.

Ключевые слова: пластинчатый теплообменный аппарат, гофрированная поверхность, экспериментальные исследования, коэффициент теплопередачи, интенсификация теплообменного процесса, турбулизация.

Введение. Территория Российской Федерации представлена пятью климатическими зонами, и отопительный период длится от 72 до 365 суток в соответствии с зоной [10]. Поэтому для создания комфортных условий труда и проживания применяются системы теплоснабжения в ЖКХ. В России наибольшее распространение получило централизованное теплоснабжение, поскольку при таком виде теплоснабжения наблюдается низкий расход топлива и эксплуатационных затрат. Плюсом является малая степень загрязнения воздушного бассейна, что улучшает санитарное состояние населенных пунктов [5].

© Кущев Л. А., Уваров В. А., Саввин Н. Ю., Чуйкин С. В., 2021

60