Елистратова Юлия Васильевна, кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции
ул. Костюкова, д. 46, г. Белгород 308012
Yulia V. Elistratova, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Heat and Gas Supply and Ventilation Department
Belgorod
Семиненко Артём Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции
ул. Костюкова, д. 46, г. Белгород 308012
Artem S. Seminenko, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Heat and Gas Supply and Ventilation Department
Belgorod
Уваров Валерий Анатольевич, доктор технических наук, профессор кафедры теплогазоснабжения и вентиляции
ул. Костюкова, д. 46, г. Белгород 308012
Valery A. Uvarov, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Heat and Gas Supply and Ventilation Department
Belgorod
Минко Всеволод Афанасьевич, доктор технических наук, профессор кафедры теплогазоснабжения и вентиляции
ул. Костюкова, д. 46, г. Белгород 308012
Vsevolod А. Minko, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Heat and Gas Supply and Ventilation Department
Belgorod
Оснащение тепловых пунктов теплообменным оборудованием с поверхностью нагрева в виде гофрированных пластин является неотъемлемым структурным элементом теплоэнергетической сети 3-го поколения и составляющей надежности работы системы теплоснабжения в целом. Установлено, что проведение оптимизационных расчетов теплообменных аппаратов указанного типа затруднено ввиду отсутствия зависимостей по теплообмену и гидравлическому сопротивлению между каналами в конструктивном пространстве теплообменника.
Цель исследования. Уточнить методику расчета пластинчатых теплообменных аппаратов, исключая равенство тепловых и гидравлических условий из общепринятых допущений.
Методы. Методология исследования базируется на использовании закона сохранения масс с целью определения температурных параметров рабочих жидкостей в каждом канале. Решение данной задачи предложено в виде системы уравнений, каждое из уравнений характеризует тепловой баланс рассматриваемого канала. Построена компьютерная модель теплообменного аппарата с целью проведения численного исследования теплового режима теплообменника.
Результаты. Указано, что в качестве допущения в общеизвестной математической модели расчета теплового режима теплообменника пластинчатого типа принято условие равного распределения потоков жидкости между каналами. Такое ограничение приводит к уравниванию температур жидкости в каждом канале. Учет геометрического расположения каналов устанавливает превышение конечной температуры греющего и нагреваемого теплоносителя в первом и последнем каналах по отношению к известным данным до 10%. Результаты исследования подтверждают гипотезу о неравномерном нагреве теплоносителя по длине пакета пластин из-за неравномерности потокораспределения между каналами.
Заключение. Полученные результаты аналитического и численного моделирования свидетельствуют о существенном влиянии геометрического расположения на тепловой режим в каналах. Сформулированное математическое описание температурного режима с учетом гидравлических условий распределения потоков между каналами рекомендуется использовать при совершенствовании конструктивных параметров теплообменных аппаратов пластинчатого типа.
Equipping heat points with plate-type heat exchangers is an integral structural element of the 3rd generation heat and power network and a component of the reliability of the heat supply system as a whole. It has been established that the optimization calculations of heat exchangers of this type are difficult due to the absence of dependences on heat transfer and hydraulic resistance between the channels in the structural space of the heat exchanger.
Purpose of research. To clarify the method of calculating plate heat exchangers, excluding the equality of thermal and hydraulic conditions from the generally accepted assumptions.
Methods. The research methodology is based on the use of the law of conservation of mass in order to determine the temperature parameters of working fluids in each channel. The solution of this problem is proposed in the form of a system of equations, each of the equations of which characterizes the thermal balance of the channel under consideration. A computer model of the heat exchanger is constructed in order to conduct a numerical study of the thermal regime of the heat exchanger.
Results. It is indicated that as an assumption in the well-known mathematical model for calculating the thermal regime of a plate-type heat exchanger, the condition of equal distribution of fluid flows between channels is accepted. This restriction leads to equalization of liquid temperatures in each channel. Taking into account the geometric arrangement of the channels, the excess of the final temperature of the heating and heated coolant in the first and last channels with respect to known data is up to 10%. The results of the study confirm the hypothesis of uneven heating of the coolant along the length of the plate package due to the uneven flow distribution between the channels.
Conclusion. The results of analytical calculation and modeling in the SolidWorks environment of the temperature regime in the channels of a plate-type heat exchanger indicate a significant influence of the geometric arrangement on the thermal regime in the channels. The formulated provisions of the mathematical description of the unevenness of the thermal regime of heat exchange channels, taking into account the location of the plates, are recommended to be used when improving the design parameters of plate-type heat exchangers.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.