Методическое пособие 809

Однако во второй половине XX века и в начале XXI века все большее распространение получают децентрализованные, автономные и индивидуальные системы теплоснабжения. Это отчасти вызвано интенсивным коттеджным строительством как в Российской Федерации, так и в развитых странах мира [13].

Вдецентрализованной системе теплоснабжения источник теплоты и теплоприемник практически совмещены, то есть тепловая сеть или очень маленькая, или отсутствует. Такое теплоснабжение может быть индивидуальным, когда в каждом помещении используются отдельные отопительные приборы [11]. Децентрализованное отопление отличается от централизованного локальным распределением производимого тепла. В качестве источника тепла применяются малые котельные, водогрейные котлы, печное и электрическое отопление, включая современные теплонасосные установки [15].

Внастоящее время в системах теплоснабжения применяется теплообменное оборудование, особенно выгодно использование пластинчатых аппаратов. Их внедрение стало настоящим прорывом в энергетике жилищно-коммунального хозяйства. Это обусловлено высокими технико-экономическими показателями пластинчатого теплообменного оборудования. Поэтому проблема модернизации и повышения технических характеристик такого оборудования является весьма актуальной.

Целью исследования является разработка конструкции пластины для интенсификации

теплообменных процессов в пластинчатых аппаратах для увеличения коэффициента теплопередачи К, Вт/(м2 К).

1. Интенсификация теплообменных процессов в теплообменном оборудовании. В

связи с требованиями, предъявляемыми к теплообменным аппаратам, на производстве для решений задач теплоснабжения и выбора оборудования подбираются несколько типов конструкций аппарата и соответственно схем движения теплоносителей. В зависимости от рабочих условий производят выбор теплоносителей с необходимым тепловым и гидравлическим расчетами для проектируемых теплообменников. В заключение производят экономический расчет с учетом капиталовложений, рентабельности, затрат на эксплуатационное обслужива-

ние и т. д. [14].

Всистемах теплоснабжения наиболее распространены кожухотрубные и пластинчатые теплообменники, представленные на рис. 1.

Рис. 1. Теплообменное оборудование:

а) кожухотрубный теплообменник; б) пластинчатый теплообменник

Советский и российский опыт показал надежность эксплуатации кожухотрубных теплообменников в системах теплоснабжения ЖКХ, а также ее малую стоимость. Однако главным недостатком такого типа оборудования является низкий коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2 К), в сравнении с пластинчатыми теплообменными аппаратами [3, 4].

61

Научный журнал строительства и архитектуры

Использование пластинчатых теплообменников в системах теплоснабжения ЖКХ приводит к увеличению коэффициента теплопередачи К, Вт/(м2 К), росту КПД теплового пункта за счет уменьшения величины недогрева, снижению трудозатрат при ремонте и обслуживанию. Такие преимущества объясняются малыми габаритными размерами при высоком значении коэффициента теплопередачи К, Вт/(м2 К). Поэтому повышение энергоэффективности технологического оборудования тепловых сетей приводит к значительному экономическому эффекту [12, 22].

Важно отметить, что существует несколько классификаций способов совершенствования конструкций пластинчатых теплообменных аппаратов. Среди известных направлений модернизации конструкции пластинчатых теплообменников можно выделить основные:

изменение геометрии поверхности теплообмена;

применение механических турбулизаторов;

использование внешних физических полей;

использование твердых частиц в теплоносителе. Рассмотрим подробнее эти направления.

Изменение геометрии поверхности теплообмена для пластинчатых аппаратов заключа-

ется в изменении формы поверхности пластины. Так, А. Ю. Маскинской в Московском энергетическом институте разработана пластина со сферическими лунками [7]. Результатом исследования стало выявление зависимостей пригодных для расчетов характеристик в объектах теплоэнергетики с учетом влияния глубины лунок, высоты канала и степени турбулентности, характерной для развитых течений.

Представляет интерес работа итальянских специалистов Р. Моррети и M. Эрейра [23] по применению пластин с различной высотой гофр. Это позволило повысить теплоотдачу на 10 %, однако при такой модификации наблюдается повышение потерь напора при высоких скоростях движения.

Воздействие на поток механическими турбулизатарами создается, как омечал А. П. Зегжда, добавлением дефлекторов различной геометрической формы [2], способствующих рациональному разделению потоков теплоносителя для снижения гидравлического сопротивления Н, м, и увеличения коэффициента теплопередачи К, Вт/(м2 К).

Использованием внешних физических полей, в частности акустических колебаний, позволило повысить значения средних коэффициентов теплоотдачи только при интенсивности колебаний свыше 140 дБ, что является опасным для человеческого слуха [8]. Применение ультразвуковых вибраций увеличило эффективность процесса теплоотдачи в 5 раз, однако согласно исследованиям в дегазированной воде была отмечена незначительная интенсификация [25].

Для интенсификации теплообмена используют твердые частицы в теплоносителе, например вводят ферримагнитные частицы, перемещающиеся под действием вращающегося магнитного поля [1, 20, 24]. По мнению официальных представителей фирмы Alfa Laval в России, коэффициент теплопередачи при этом возрастает на 40 %, но на входе и выходе аппарата необходима установка фильтров. Проводились исследования, связанные с использованием теплоносителя греющего контура, в состав которого входила наножидкость, представляющая собой суспензию наночастиц меди и цинка [6]. При этом максимально — в 1,5 раза — теплоотдача увеличилась с использованием меди. Данный метод интенсификации возможен только в химической, нефтехимической и пищевой промышленности, а для применения в теплоснабжении потребуется использование специализированного котельного и насосного оборудования [16, 19, 26].

Необходимо отметить, что активные методы интенсификации процесса теплообмена требуют использования сторонних устройств, что приводит к увеличению энергозатрат и, как следствие, росту затрат на обслуживание и ремонт.

62

Альтернативой является применение пассивных методов, воздействующих на пограничный слой за счет нанесения оребрения, использования шероховатых поверхностей, завихрителей и других развитых теплообменных поверхностей [17, 21].

Применяются и комплексные методы интенсификации процесса теплообмена, сочетающие несколько способов в одном технологическом процессе, например сочетание шероховатых поверхностей и завихрителей [18, 20]

Рис. 2. Формы пластин и профили поверхности

Рис. 3. Пластина теплообменного аппарата: а) общий вид пластины; б) вид А;

1 — металлическая пластина, служащая основой изделия; 2 — герметизирующая прокладка; 3 — выходное отверстие нагреваемого контура; 4 — входное отверстие нагреваемого контура; 5 — входное отверстие греющего контура; 6 — выходное отверстие греющего контура;

7 — основная теплообменная часть; 8 — рифление (гофра); 9 — площадка междусоседними рифлениями; 10 — технологическое углубление сферической формы;

d — диаметр углубления, м; h — высота углубления, м; p — шаг углублений, м; p2 — расстояние междусоседними рифлениями, м

63

Научный журнал строительства и архитектуры

Особенностью устройства пластинчатых теплообменников является конструкция и форма поверхности теплообмена и каналов для рабочих сред. Поверхность теплообмена образуется из отдельных пластин, а каналы для рабочих сред имеют щелевидную форму. Рабочие среды движутся у поверхности теплообмена тонким слоем, что способствует интенсификации процесса теплопередачи. Формы пластин и профили их поверхности представлены на рис. 2.

Для интенсификации теплообмена нами предложена оригинальная конструкция интенсифицированного пластинчатого теплообменного аппарата с модифицированными гофрированными пластинами [9], конструкционной особенностью которого являются теплообменные гофрированные пластины, изображенные на рис. 3. Разработанные пластины имеют сферические углубления, располагающиеся по линейному закону, между соседними рифлениями основной теплообменной части.

2. Экспериментальные теплотехнические исследования интенсифицированного пластинчатого теплообменного аппарата на лабораторной установке. Проведение на-

турных экспериментальных исследований необходимо для установления влияния на эффективность работы интенсифицированного пластинчатого теплообменного аппарата с повышенной турбулизацией теплоносителя следующих факторов:

1)расхода теплоносителя в греющем и нагреваем контурах, Gгр; Gнг, м3/ч;

2)значения температуры жидкости на входе в греющий и нагреваемый контуры интенсифицированного пластинчатого теплообменника, t1гр, t1нг, 0С.

Экспериментальные исследования проводились в специализированной лаборатории БГТУ им. В. Г. Шухова на лабораторной установке «Независимая система отопления жилого здания». При этом соблюдались требования техники безопасности.

Цель эксперимента — сравнение теплоэнергетических и гидродинамических характеристик двух аппаратов:

серийного пластинчатого теплообменника, проектируемого по ГОСТ 15518-87;

оригинального интенсифицированного пластинчатого теплообменного аппарата с гофрированными пластинами, содержащими технологические углубления сферической формы.

Общий вид лабораторной установки «Независимая система отопления жилого здания» представлен на рис. 4.

Интенсифицированный пластинчатый теплообменный аппарат, основным элементом которого является модифицированная гофрированная пластина со сферическими углублениями, располагающимися по линейному закону [9], между соседних рифлений, является центральным элементом лабораторной установки.

В таблице представлены физико-химические характеристики теплоносителей, используемых в опытах.

Таблица

Физико-химические характеристики теплоносителей

64

Рис. 4. Лабораторная установка «Независимая система отопления жилого здания»: 1 — водогрейный электрический котел «Руснит»;

2 — тепловычислитель «Взлет ТСРВ-042»; 3 — расходометры «Взлет»; 4 —манометры; 5 — циркуляционный насос Grundfoss UPS 32-40;

6 — интенсифицированный пластинчатый теплообменный аппарат; 7 — калорифер

Обвязка экспериментальной установки выполнена полимерными трубопроводами диаметром Ду=15; 20; 25; 32 мм. Установлена запорная арматура (шаровые краны) и регулирующая арматура (вентили) соответствующих диаметров.

Согласно СП 41-01-95 «Проектирование тепловых пунктов», коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2 К), для пластинчатых теплообменных аппаратов рассчитывается:

где β — коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента теплопередачи из-за термического сопротивления накипи и загрязнений на пластине, в зависимости от качества воды

65

Научный журнал строительства и архитектуры

принимается равным 0,7—0,85; α1 — коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке пластины, Вт/(м2∙ К); α2 — коэффициент тепловосприятия от стенки пластины к нагреваемой воде, Вт/(м2∙ К); δСТ — толщина теплообменной пластины, м; λСТ — коэффициент теплопроводности материала пластины, Вт/(м∙К).

В результате выполнения программы исследований были определены оптимальные режимы работы исследуемого пластинчатого теплообменного аппарата с повышенной турбулизацией.

Экспериментально показано, что использование гофрированных пластин со сферическими углублениями, располагающихся по линейному закону, приводит к росту коэффициента теплопередачи К, Вт/(м2 К), и интенсификации теплообмена, что подтверждено на рис. 5.

Рис. 5. График зависимости коэффициента теплопередачи от среднего температурного напора: 1 — серийный теплообменный аппарат; 2 — пластинчатый теплообменный аппарат

с гофрированными пластинами со сферическими углублениями

Можно сделать вывод, что использование гофрированных пластин со сферическими углублениями, располагающихся по линейному закону, приводит к повышению эффективности работы пластинчатого теплообменного оборудования и к общему снижению затрат на подогрев (охлаждение) теплоносителя.

Выводы

1.Применение пластин с технологическими углублениями сферической формы, располагающихся по линейному закону, позволяет повысить эффективность теплообмена между двумя теплоносителями, например жидкостями, за счет повышения коэффициента теплопередачи путем увеличения турбулизации потока теплоносителя в теплообменнике. При этом возникает дополнительное вихреобразование на границе «теплоноситель — пластина».

2.Интенсификация теплообменных процессов достигается за счет нанесения сферических углублений, располагающихся по линейному закону.

3.Результаты экспериментальных исследований двух пластинчатых теплообменных аппаратов подтверждают преимущество применения модифицированных гофрированных пластин.

4.Дальнейшие исследования в области интенсификации теплообменных процессов, по нашему мнению, позволят увеличить надежность систем теплоснабжения и снижению затрат на техническое обслуживание.

66

Библиографический список

1.Грабежная, В. А. Теплообмен при сверхкритических давлениях границы ухудшения теплообмена / В. А. Грабежная, П. Л. Кириллов // Теплоэнергетика. — 2006. — № 4. — С. 46—51.

2.Зегжда, А. П. Гидравлические потери в каналах и трубопроводах / Алексей Петрович Зегжда. — М.: Госстройиздат, 1957. — 503 с.

3.Кущев, Л. А. Интенсификация тепловых процессов в кожухотрубном теплообменном аппарате / Л. А. Кущев, Н. Ю. Никулин, А. Ю. Феоктистов, Е. А. Яковлев // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2016. — № 3. — С. 9—17.

4. Кущев, Л. А. Применение теплообменных аппаратов в промышленности / Л. А. Кущев, Н. Ю. Никулин // Техносферная безопасность, надежность, качество, энерго- и ресурсосбережение: материалы междунар. науч.-практ. конф. — Ростов-н/Д: Изд-во РГСУ, 2015. — Вып. XVII, т. 1. — С. 204—210.

5.Лобанов, И. Е. Моделирование теплообмена при турбулентном течении в плоских каналах с симметричными турбулизаторами на обеих сторонах / И. Е. Лобанов // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. — 2019. — № 1. — С. 53—65.

6.Марксисько, О. Р. Экономическая эффективность интенсификации теплообмена при использовании поверхностно-активных веществ / О. Р. Марксисько // Научный вестник ЛНУВМБТ им. С. З. Ґжицького. — 2015. — № 1. — С. 60—65.

7.Маскинская, А. Ю. Экспериментальные и расчетные исследования в канале с лунками на нижней стенке / А. Ю. Маскинская // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: тез. докладов 10-й междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. — М., 2004. — С. 348—349.

8.Ното, К. Турбулентный перенос тепла при свободной конвекции вдоль изотермической вертикальной плоской поверхности / К Ното, Р. Матсумото // Теплопередача. — 1975. — № 4. — 139 c.

9.Пат. № 199344 Российская Федерация МПК7 F28F 3/00. Пластина теплообменника / Кущев Л. А.,

Саввин Н. Ю., Феоктистов А. Ю.; заявитель и патентообладатель Белгород. гос. технолог. ун-т им. В. Г. Шухова. — № 2020114112; заявл. 03.04.2020; опубл. 28.08.2020, Бюл. № 25. 5 с.

10.Романенко, В. А. Изменения климата в России. Причины и последствия / В. А. Романенко // Молодой ученый. — 2019. — № 7. — С. 1—5.

11.Рудской, А. И. Математическое моделирование гидродинамики и теплообмена в движущихся жидкостях / А. И. Рудской, В. А. Лунев. — СПб.: Лань, 2015. — 208 c.

12.Саввин, Н. Ю. Высокоэффективный теплообменный аппарат для системы жилищнокоммунального хозяйства / Н. Ю. Саввин, Н. Ю. Никулин // Наука. Технологии. Инновации: сб. науч. тр. в 9ч. — Новосибирск: НГТУ, 2019. — С. 256—262.

13. Саввин, Н. Ю. Совершенствование конструкции пластинчатого теплообменного аппарата / Н. Ю. Саввин // Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых. — Белгород: БГТУ им. В. Г. Шухова, 2020. — С. 2240—2244.

14.Цыганков, А. С. Расчеты теплообменных аппаратов / А. С. Цыганков. — СПб.: СУДПРОМГИЗ, 1956. — 135 с.

15.Яковлев, Б.В. Повышение эффективности систем теплофикации и теплоснабжения / Б.В. Яковлев. — М.: Новости теплоснабжения, 2013. — 448 c.

16.Gulenoglu. C. Experimental comparison of performances of three different plates for gasketed plate heat exchangers / F. Akturk, S. Aradag, N. Sezer Uzol, S. Kakac // International Journal of Thermal Sciences. — 2014. —

№75. — P. 249—256.

17.Gupta, A. K. Performance measurement of plate fin heat exchanger by exploration: ANN, ANFIS, GA, and SA / P. Kumar, R. K. Sahoo, A. K. Sahu, S. K. Sarangi // Journal of Computational Design and Engineering. — 2016. — № 4. — P. 60—68.

18.Huikun, C. Numerical and experimental study on the influence of top bypass flow on the performance of plate fin heat exchanger / S. Lijun, L. Yidai, W. Zeju // Applied Thermal Engineering. — 2018. — № 146. — P. 356— 363.

19.Kexin, X.. Design and optimization of plate heat exchanger networks / S. Robin, Z. Nan // Computer Aided Chemical Engineering. — 2017. — № 40. — P. 1819—1824.

20. Khujaev, P. S. Radiative heat transfer in the furnace space with variable volume / P. S. Khujaev, R. G. Abdullaev, A. J. Rahmonzoda // Polytechnic bulletin. Series: Engineering research. — 2019. — № 1 (45). —

P.223—227.

21.Kolesnikov, I. P. Modelling of thermoelastic transient contact interaction for binary bearing taking into account convection / I. P. Kolesnikov, S. E. Danilchenko // Transport Problems. — 2016. — № 4. — Р. 73—81

22.Kushchev, L. A. Intensityenhancement of heat exchange in shell-tube heat exchangers with smooth pipes / L. A. Kushchev, N. Yu. Nikulin, A. I. Alifanova, A. Yu. Feoktistov // Advances in Engineering Research. — 2017. — № 133. — P. 390—395.

67

Научный журнал строительства и архитектуры

23.Moretti, R. Effect of the perforation design on the fluid flow and heat transfer characteristics of a plate fin heat exchanger / R. Moretti, M. Errera, V. Couaillier, F. Feyel // International Journal of Thermal Sciences. — 2018. —

№126. — P. 172—180.

24.Vasil’ev, E. N. Calculation of heat transfer characteristics of a finned wall / E. N. Vasil’ev // Siberian Journal of Science andTechnology. — 2020. — № 2. — Р. 226—232.

25.Wang, J. Experimental study on the turbulent boundary layer flow over riblets surface /. J. Wang, S. Lan, G. Chen // Fluid Dyn. Res. — 2000. — № 4. — P. 27.

26.Wagh, Р. Optimization of a Shell and Tube Condenser using Numerical Method / Р. Wagh, M. U. Pople // Int. Journal of Engineering Research and Applications. — 2015. — Vol. 7. — Р. 9—15.

References

1.Grabezhnaya, V. A. Teploobmen pri sverkhkriticheskikh davleniyakh granitsy ukhudsheniya teploobmena / V. A. Grabezhnaya, P. L. Kirillov // Teploenergetika. — 2006. — № 4. — S. 46—51.

2.Zegzhda, A. P. Gidravlicheskie poteri v kanalakh i truboprovodakh / Aleksei Petrovich Zegzhda. — M.: Gosstroiizdat, 1957. — 503 s.

3.Kushchev, L. A. Intensifikatsiya teplovykh protsessov v kozhukhotrubnom teploobmennom apparate / L. A. Kushchev, N. Yu. Nikulin, A. Yu. Feoktistov, E. A. Yakovlev // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2016. — № 3. — S. 9—17.

4.Kushchev, L. A. Primenenie teploobmennykh apparatov v promyshlennosti / L. A. Kushchev, N. Yu. Nikulin // Tekhnosfernaya bezopasnost', nadezhnost', kachestvo, energo- i resursosberezhenie: materialy mezhdunar. nauch.-prakt. konf. — Rostov-n/D: Izd-vo RGSU, 2015. —Vyp. XVII, t. 1. — S. 204—210.

5.Lobanov, I. E. Modelirovanie teploobmena pri turbulentnom techenii v ploskikh kanalakh s simmetrichnymi turbulizatorami na obeikh storonakh / I. E. Lobanov // Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. — 2019. — № 1. — S. 53—65.

6.Marksis'ko, O. R. Ekonomicheskaya effektivnost' intensifikatsii teploobmena pri ispol'zovanii poverkhnostno-aktivnykh veshchestv / O. R. Marksis'ko // Nauchnyi vestnik LNUVMBT im. S. Z. Ґzhits'kogo. — 2015. — № 1. — S. 60—65.

7.Maskinskaya, A. Yu. Eksperimental'nye i raschetnye issledovaniya v kanale s lunkami na nizhnei stenke / A. Yu. Maskinskaya // Radioelektronika, elektrotekhnika i energetika: tez. dokladov 10-i mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. studentov i aspirantov. — M., 2004. — S. 348—349.

8.Noto, K. Turbulentnyi perenos tepla pri svobodnoi konvektsii vdol' izotermicheskoi vertikal'noi ploskoi poverkhnosti / K Noto, R. Matsumoto // Teploperedacha. — 1975. — № 4. — 139 c.

9.Pat. № 199344 Rossiiskaya Federatsiya MPK7 F28F 3/00. Plastina teploobmennika / Kushchev L. A., Savvin N. Yu., Feoktistov A. Yu.; zayavitel' i patentoobladatel' Belgorod. gos. tekhnolog. un-t im. V. G. Shukhova. — № 2020114112; zayavl. 03.04.2020; opubl. 28.08.2020, Byul. № 25. 5 s.

10.Romanenko, V. A. Izmeneniya klimata v Rossii. Prichiny i posledstviya / V. A. Romanenko // Molodoi uchenyi. — 2019. — № 7. — S. 1—5.

11.Rudskoi, A. I. Matematicheskoe modelirovanie gidrodinamiki i teploobmena v dvizhushchikhsya zhidkostyakh / A. I. Rudskoi, V. A. Lunev. — SPb.: Lan', 2015. — 208 c.

12.Savvin, N. Yu. Vysokoeffektivnyi teploobmennyi apparat dlya sistemy zhilishchno-kommunal'nogo khozyaistva / N. Yu. Savvin, N. Yu. Nikulin // Nauka. Tekhnologii. Innovatsii: sb. nauch. tr. v 9 ch. — Novosibirsk: NGTU, 2019. — S. 256—262.

13.Savvin, N. Yu. Sovershenstvovanie konstruktsii plastinchatogo teploobmennogo apparata / N. Yu. Savvin // Mezhdunar.nauch.-tekhn. konf. molodykh uchenykh. — Belgorod: BGTUim. V. G. Shukhova, 2020.— S. 2240—2244.

14.Tsygankov, A. S. Raschety teploobmennykh apparatov / A. S. Tsygankov. — SPb.: SUDPROMGIZ, 1956. — 135 s.

15.Yakovlev, B. V. Povyshenie effektivnosti sistem teplofikatsii i teplosnabzheniya / B. V. Yakovlev. — M.: Novosti teplosnabzheniya, 2013. — 448 c.

16.Gulenoglu. C. Experimental comparison of performances of three different plates for gasketed plate heat exchangers / F. Akturk, S. Aradag, N. Sezer Uzol, S. Kakac // International Journal of Thermal Sciences. — 2014. — № 75. — P. 249—256.

17.Gupta, A. K. Performance measurement of plate fin heat exchanger by exploration: ANN, ANFIS, GA, and SA / P. Kumar, R. K. Sahoo, A. K. Sahu, S. K. Sarangi // Journal of Computational Design and Engineering. — 2016. — № 4. — P. 60—68.

18.Huikun, C. Numerical and experimental study on the influence of top bypass flow on the performance of plate fin heat exchanger / S. Lijun, L. Yidai, W. Zeju // Applied Thermal Engineering. — 2018. — № 146. — P. 356— 363.

19.Kexin, X.. Design and optimization of plate heat exchanger networks / S. Robin, Z. Nan // Computer Aided Chemical Engineering. — 2017. — № 40. — P. 1819—1824.

68

R. G. Abdullaev, A. J. Rahmonzoda // Polytechnic bulletin. Series: Engineering research. — 2019. — № 1 (45). —

P.223—227.

21.Kolesnikov, I. P. Modelling of thermoelastic transient contact interaction for binary bearing taking into account convection / I. P. Kolesnikov, S. E. Danilchenko // Transport Problems. — 2016. — № 4. — Р. 73—81

22.Kushchev, L. A. Intensityenhancement of heat exchange in shell-tube heat exchangers with smooth pipes / L. A. Kushchev, N. Yu. Nikulin, A. I. Alifanova, A. Yu. Feoktistov // Advances in Engineering Research. — 2017. — № 133. — P. 390—395.

23.Moretti, R. Effect of the perforation design on the fluid flow and heat transfer characteristics of a plate fin heat exchanger / R. Moretti, M. Errera, V. Couaillier, F. Feyel // International Journal of Thermal Sciences. — 2018. — № 126. — P. 172—180.

24.Vasil’ev, E. N. Calculation of heat transfer characteristics of a finned wall / E. N. Vasil’ev // Siberian Journal of Science andTechnology. — 2020. — № 2. — Р. 226—232.

25.Wang, J. Experimental study on the turbulent boundary layer flow over riblets surface /. J. Wang, S. Lan, G. Chen // Fluid Dyn. Res. — 2000. — № 4. — P. 27.

26.Wagh, Р. Optimization of a Shell and Tube Condenser using Numerical Method / Р. Wagh, M. U. Pople // Int. Journal of Engineering Research and Applications. — 2015. — Vol. 7. — Р. 9—15.

INTENSIFIED PLATE HEAT EXCHANGE DEVICE

IN HEAT SUPPLY SYSTEMS OF THE HOUSING AND COMMUNAL SERVICES

OF THE RUSSIAN FEDERATION

L. A. Kushchev 1, V. A. Uvarov 2, N. Yu. Savvin 3, S. V. Chuikin 4

Belgorod State Technological University Named after V. G. Shukhov,

Civil Engineering Institute 1, 4

Russia, Belgorod

Voronezh State Technical University 2, 3, 4

Russia, Voronezh

1D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Ventilation, tel.: + 7-910-363-62-09, e-mail: leonidkuskev@gmail.com

2D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Ventilation, tel.: + 7-910-363-62-09, e-mail: n-savvin@mail.com

3PhD student of the Dept. of Heat and Gas Supply and Ventilation, tel.: + 7-952-422-25-75, e-mail: n-savvin@mail.ru

4PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas, tel.: (473) 271-53-21,

e-mail: ser.chu@mail.ru

Statement of the problem. The problem of intensification of heat exchange processes in a plate heat exchanger on the basis of the HH№ 02 heat exchanger of the Ridan company is discussed. It is essential to carryout an analysis of the existing methods of intensification of heat exchange processes in plate devices according to the results of the analysis to choose the most promising method of intensification of heat exchange process and based on it to develop a patent-protected design of a heat exchange plate. Laboratory tests of the intensified plate heat exchanger with increased turbulence of the coolant are performed. The results of thermal tests on a specialized laboratory installation of the resulting and the serial heat exchanger are presented.

Results. The results of the comparison of experimental studies of the intensified plate heat exchanger with the increased turbulence of the heat carrier and the serial plate heat exchanger of identical heat power are shown. The graphs of dependence of the heat transfer coefficient, which is the major characteristic of the operation of heat exchange equipment, on the average temperature pressure are designed.

Conclusions. As a result of the laboratory tests in the specialized laboratory of BSTU named after V. G. Shukhov and research at the Voronezh State Technical University established a rise in the heat transfer coefficient due to the increased turbulence of the coolant flow, which causes a decrease in metal consumption andreduces the cost of heat exchange equipment.

Keywords: plate heat exchanger, corrugated surface, experimental studies, heat transfer coefficient, intensification of heat exchange process, turbulence.

69

Научный журнал строительства и архитектуры

DOI 10.36622/VSTU.2021.62.2.005

УДК 697.91

АВАРИЙНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ ЧИСТЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

В. М. Попов 1, А. В. Бараков 2, С. Н. Кузнецов 3

Воронежский государственный технический университет 1, 2, 3 Россия, г. Воронеж

1Д-р техн. наук, проф. кафедры электротехники, теплотехники и гидравлики, тел.: (473)253-92-85

2Д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой теоретической и промышленной теплоэнергетики,

e-mail: pt_vstu@mail.ru

3 Д-р техн. наук, доц., проф. кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, тел.: (473)271-53-21, e-mail: teplosnab_kaf@vgasu.vrn.ru

Постановка задачи. В современной промышленности для обеспечения контроля за состоянием воздушной среды часто используют технологии чистых помещений. Использование токсичных газов в чистых помещениях может приводить к аварийным ситуациям, для ликвидации которых необходима аварийная вентиляция. Для расчета аварийного воздухообмена необходимо создание модели аварийного воздухообмена, учитывающей значительное количество влияющих факторов. Результаты. Модель аварийного воздухообмена для чистого помещения разработана на основе уравнения материального баланса по вредному газу, выделяющемуся из оборудования при возникновении аварийной ситуации. Получено решение модели аварийного воздухообмена для чистого помещения, позволяющее рассчитать концентрации вредного газа в зависимости от расчетной аварийной ситуации. Исследованы свойства полученного решения. Введено понятие аккумулирующей способности вентилируемого помещения и оценено влияние аккумулирующей способности на изменение концентраций вредного газа.

Выводы. Выполненные расчеты позволяет глубже понять процессы развития аварийной ситуации в чистом помещении и учесть эти риски при проектировании аварийной вентиляции чистых помещений.

Ключевые слова: чистые помещения, аварийная вентиляция, аварийная ситуация, аккумулирующая способность вентилируемого помещения, концентрация вредного газа.

Введение. Чистые помещения используются в промышленности для обеспечения строгого контроля состояния воздушной среды (количества частиц пыли в воздухе, температуры, влажности и т. д.). Чистые помещения применяются в производстве электронных компонентов, таких как интегральные схемы и жесткие диски; в области биотехнологий и медицины чистые помещения используются, когда необходимо обеспечить воздушную среду, свободную от бактерий, вирусов или других патогенов [6, 12, 13, 19, 24].

Чистые помещения специально сконструированы как контролируемые закрытые пространства, где параметры воздушной среды выдерживается в заданных пределах. Общие требования к чистым помещениям сформулированы в стандарте ИСО 14644. Конструкция чистых помещений гораздо многообразнее, чем традиционный контроль температуры и влажности, и должна учитывать многие требования технологического оборудования, размещенного в них. Так, производство электронных компонентов может сопровождаться выделением большого количества потенциально вредных паров и газов [9, 15, 18, 21, 22]. При изготовлении электронных компонентов по технологии эпитаксиального наращивания в качестве легирующих добавок могут использоваться такие токсичные газы, как арсин (AsH3) и фосфин (PH3). Воздействие этих вредных газов может привести к долгосрочным проблемам со здоровьем персонала [4, 10, 16, 17, 20, 23].

© Попов В. М., Бараков А. В., Кузнецов С. Н., 2021

70