izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУ10.21869/2223-1560-2020-24-3-99-110izvestswsu-795Research ArticleСтроительствоConstructionsАэродинамика и теплообмен закрученного потока природного газа в вихревом теплообменном аппарате системы отопления газорегуляторного пунктаAerodynamics and Heat Transfer of Swirling Natural Gas Flow in a Vortex Heat Exchanger of the Heating System of a Gas Control PointГригороваН. П.GrigorovaN. P.

Григорова Наталья Павловна, аспирант кафедры теплогазоводоснабжения

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Natalia P. Grigorova, Post-Graduate Student of Heat and Gas Supply Department

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

kafedra-ipm@mail.ruМонастыревП. В.MonastyrevP. V.

Монастырев Павел Владиславович, доктор технических наук, директор института Архитектуры, строительства и транспорта

ул. Советская 106, г. Тамбов 392000

Pavel V. Monastyrev, Dr. of Sci. (Engineering)Rector of the Institute of Architecture, Construction and Transport

106 Sovetskaya str., Tambov 392000

monastyrev68@mail.ruПахомоваЕ. Г.PakhomovaE. G.

Пахомова Екатерина Геннадьевна, кандидат технических наук, доцент, декан факультета строительства и архитектуры

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Ekaterina G. Pakhomova, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Dean of Construction and Architecture Faculty

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

fsa_dekanat@mail.ruСемичеваН. Е.SemichevaN. E.

Семичева Наталья Евгеньевна, кандидат технических наук, доцент, завкафедрой теплогазоводоснабжения

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Natalia E. Semicheva, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Head of Heat and Gas Supply Department

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

kafedra-ipm@mail.ruЮго-Западный государственный университетSouthwest State UniversityТамбовский государственный технический университетTambov State Technical University20200612202024399110Copyright © Григорова Н.П., Монастырев П.В., Пахомова Е.Г., Семичева Н.Е., 20202020Григорова Н.П., Монастырев П.В., Пахомова Е.Г., Семичева Н.Е.Grigorova N.P., Monastyrev P.V., Pakhomova E.G., Semicheva N.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestswsu.elpub.ru/jour/article/view/795

Цель исследования. Получить двухпараметрическую модель, характеризующую аэродинамические и теплообменные процессы, протекающие в вихревом теплообменном аппарате, дающие лучшее согласование расчетных и опытных значений коэффициента теплоотдачи с учетом кривизны движения закрученного потока газа в вихревом теплообменном аппарате, в котором в качестве источника тепловой энергии используется регулируемый перепад давления газа. Данное техническое решение позволит отказаться от установки автономных источников тепловой энергии, что снизит затраты на газ как топливо в системе отопления производственного помещения газораспределительного пункта (ГРП), а так же обеспечит более комфортные условия работы регулятора давления ГРП. Методы. Комплексный анализ тепловых и гидравлических характеристик в вихревом теплообменном аппарате на основе известных теоретических положений и уравнений движения закрученного потока газа и теплообменных закономерностей. Результаты. Получена зависимость, характеризующая интенсификацию теплообмена, базирующуюся на влиянии осевой и вращательной скорости, а также пути движения закрученного потока газа. Данная зависимость получена на основании комплексного анализа аэродинамических и теплообменных характеристик вихревого теплообменного аппарата, в котором в качестве источника тепловой энергии используется регулируемый перепад давления газа. Заключение. Полученная двухпараметрическая модель позволяет получить наилучшее согласование расчетных значений коэффициента теплоотдачи со значениями, полученными опытным путем, которые использовались в теплотехническом расчете конструктивных параметров вихревого теплообменного аппарата.

Purpose of research. To obtain a two-parameter model characterizing the aerodynamic and heat exchange processes occurring in a vortex heat exchanger, giving a better agreement between the calculated and experimental values of the heat transfer coefficient taking into account the curvature of the swirling gas flow in a vortex heat exchanger, in which a controlled gas pressure drop is used as a source of thermal energy. This technical solution will make it possible to abandon the installation of autonomous sources of thermal energy, which will reduce the cost of gas as a fuel in the heating system of the industrial premises of the gas distribution point (GDP), as well as provide more comfortable working conditions for the hydraulic fracturing pressure regulator. Methods. Comprehensive analysis of thermal and hydraulic characteristics in a vortex heat exchanger is based on well-known theoretical positions and equations of motion of a swirling gas flow and heat exchange laws. Results. It is obtained a dependence that characterizes the intensification of heat transfer based on the influence of the axial and rotational speed, as well as the path of motion of the swirling gas flow. This dependence is obtained on the basis of a comprehensive analysis of the aerodynamic and heat exchange characteristics of a vortex heat exchanger, in which a controlled gas pressure drop is used as a source of thermal energy. Conclusion. The obtained two-parameter model gives the best agreement of the calculated values of the heat transfer coefficient with the values obtained experimentally, which were used in the thermal engineering calculation of the design parameters of the vortex heat exchanger.

природный газвихревой теплообменный аппаратсистема отоплениягазорегуляторный пунктпроизводственное зданиеnatural gasvortex heat exchangerheating systemgas control pointoperating buildingReferencesOptimization of thermal modernization of a group of buildings using simulation modeling / K.O. Dubrakova, P.V. Monastyrev, R.Y. Klychnikov, V.A. Yezerskiy // Journal of Applied Engineering Science. 2019. Vol. 17. Is. 2. P. 192-197.Dubrakova K. O., Monastyrev P. V., Klychnikov R. Y., Yezerskiy V. A. Optimization of thermal modernization of a group of buildings using simulation modeling. Journal of Applied Engineering Science, 2019, vol. 17, is. 2, pp. 192-197.Mishchenko E., Monastyrev P., Evdokimtsev O. Quality Improvement of Specialists Training for Energy-Efficient Construction. 2018 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 463032046. https://doi.org/10.1088/1757-899X/463/3/032046Mishchenko E., Monastyrev P., Evdokimtsev O. Quality Improvement of Specialists Training for Energy-Efficient Construction. 2018 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 463 032046. https://doi.org/10.1088/1757-899X/463/3/032046Ерофеев А.В., Ярцев В.П., Монастырев П.В. Декоративно-защитные плиты для фасадной отделки зданий // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2017. № 1 (367). С. 101-104.Erofeev A.V., Yartsev V. P., Monastyrev P. V. Dekorativno-zashchitnye plity dlya fasadnoi otdelki zdanii [Decorative and protective plates for facade finishing of buildings. News of higher educational institutions]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Tekhnologiya tekstil'noi promyshlennosti = Technology of the Textile Industry, 2017, no. 1 (367), pp. 101-104 (In Russ.).Гусев Б.В., Езерский В.А., Монастырев П.В. Теплопроводность минераловатных плит в условиях эксплуатационных воздействий // Промышленное и гражданское строительство. 2005. № 1. С.48-49.Gusev B. V., Yezersky V. A., Monastyrev P. V. Teploprovodnost' mineralovatnykh plit v usloviyakh ekspluatatsionnykh vozdeistvii [Thermal conductivity of mineral wool slabs under operating conditions]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo = Industrial and Civil Construction, 2005, no. 1, pp. 48-49 (In Russ.).Гусев Б.В., Езерский В.А., Монастырев П.В. Изменение линейных размеров минераловатных плит в условиях эксплуатационных воздействий // Промышленное и гражданское строительство. 2004. № 8. С.32-34.Gusev B. V., Yezersky V. A., Monastyrev P. V. Izmenenie lineinykh razmerov mineralovatnykh plit v usloviyakh ekspluatatsionnykh vozdeistvii [Changing the linear dimensions of mineral wool slabs under operating conditions]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo = Industrial and Civil Construction, 2004, no. 8, pp. 32-34 (In Russ.).Пат. 2615878 Российская Федерация: МПК F 28 D 7/10. Вихревой теплообменный элемент / Кобелев Н.С., Григорова Н.П. [и др.]; заявитель и патентообладатель Курск. гос. техн. ун-т. №2016110870; заявл. 04.07.2016; опубл. 11.04.2017, Бюл. № 11.Kobelev N. S., Grigorova N. P. [et al.]. Vikhrevoi teploobmennyi element [Vortex heat exchange element]. Patent RF, no. 2615878, 2017 (In Russ.).Пат. 2622340 Российская Федерация: МПК F 28 D 7/10. Вихревой теплообменный элемент / Кобелев Н.С., Григорова Н.П. [и др.]; заявитель и патентообладатель Курск. гос. техн. ун-т. №2016128870953; заявл. 15.07.2016; опубл. 14.06.2017, Бюл. № 17.Kobelev N. S., Grigorova N. P. [et al.]. Vikhrevoi teploobmennyi element [Vortex heat exchange element]. Patent RF, no. 2622340, 2017 (In Russ.).Теплотехнический расчет конструктивных параметров вихревого теплообменного аппарата системы отопления газорегуляторного пункта / Н.П. Григорова, П.В. Монастырев, Е.Г. Пахомова, Н.Е. Семичева // Журнал БСТ. Технология и организация строительства. Наука 2.1. 2020. №8. С. 45-49.Grigorova N. P., Monastyrev P. V., Pakhomova E. G., Semicheva N. E. Teplotekhnicheskii raschet konstruktivnykh parametrov vikhrevogo teploobmen-nogo apparata sistemy otopleniya gazoregulyatornogo punkta [Heat engineering calculation of design parameters of the vortex heat exchanger of the gas control point heating system]. Zhurnal BST. Tekhnologiya i organizatsiya stroitel'stva. Nauka 2.1. = Technology and Organization of Construction. Nauka 2.1, 2020, no. 8, pp. 45-49 (In Russ.).Григорова Н.П., Монастырев П.В. Экспериментальное исследование влияния мелкодисперсной капельной влаги и загрязнений в теплоносителе на коэффициент теплоотдачи вихревого теплообменника системы отопления газорегуляторного пункта // Современные концепции техники и технологии: проблемы, состояние и перспективы. Чебоксары, 2020. С. 1-5. URL: https://interactive-plus.ru/ru/article/Grigorova N. P., Monastyrev P. V. [Experimental study of the influence of fine droplet moisture and contamination in the coolant on the heat Transfer Coefficient of the vortex heat exchanger of the gas control point heating system]. Sovremennye kontseptsii tekhniki i tekhnologii: problemy, sostoyanie i perspektivy [Modern concepts of engineering and technology: problems, state and prospects]. Tchboksary, 2020, pp. 1-5 (In Russ.). Available at: https://interactive-plus.ru/ru/articleГольдштик М.А. Вихревые потоки. Новосибирск: Наука, 1981. 336 с.Goldshtik M. A. Vikhrevye potoki [Vortex flows]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1981. 336 p. (In Russ.).Поляков А.А., Канава В.А. Теплообменные аппараты в инженерном оборудовании зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1989. 200 с.Polyakov A. A., Kanava V. A. Teploobmennye apparaty v inzhenernom oborudovanii zdanii i sooruzhenii [Heat exchangers in engineering equipment of buildings and structures]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1989. 200 p. (In Russ.).Дрейцер Г.А. Основы конвекционного теплообмена в каналах. М.: Издательство МАМ, 1989. 84 с.Dreytser G. A. Osnovy konvektsionnogo teploobmena v kanalakh [Fundamentals of convection heat transfer in channels]. Moscow, 1989. 84 p. (In Russ.).Аметистов Е.В, Григорьев В.А., Зорина В.М. Тепло и массообмен. Теплотехнической эксперимент: справочник. М.: Энергоиздат, 1982. 512 с.Ametistov E. V., Grigoriev V. A., Zorina V. M. Teplo- i massoobmen. Teplotekhnicheskoi eksperiment [Heat and mass transfer. Heat engineering experiment]. Moscow, Energoizdat Publ., 1982. 512 p. (In Russ.).Штым, А.М. Аэродинамика циклонно-вихревых камер. Владивосток, 1985. 197 с.Stam A. M. Aerodinamika tsiklonno-vikhrevykh kamer [Aerodynamics of cyclonevortex chambers]. Vladivostok, 1985. 197 p. (In Russ.).Гордов А.Н., Жегулло О.М., Иванов А.Г. Основы температурных изменений. М.: Энергоатоиздат, 1992. 304 с.Gordov A. N., Zhegullo O. M., Ivanov A. G. Osnovy temperaturnykh izmenenii [Fundamentals of temperature changes]. Moscow, Energoatoizdat Publ., 1992. 304 p. (In Russ.).Никитин Ю.М., Покровский Ю.Ю., Пауков Е.И. Интенсификация конвективного теплообмена с помощью одно и четырёхзаходной искусственной шероховатости // Промышленная теплотехника. 1984. № 6. 35. С. 26-28.Nikitin Yu. M., Pokrovsky Yu. Y., Paukov E. I. Intensifikatsiya konvektivnogo teploobmena s pomoshch'yu odno i chetyrekhzakhodnoi iskusstvennoi sherokhovatosti [Intensification of convective heat transfer using one-and four-pass artificial roughness]. Promyshlennaya teplotekhnika = Industrial Heat Engineering, 1984, no. 6. 35, pp. 26-28 (In Russ.).Воронин Г.М., Дубровский Е.В. Эффективные теплообменники. М.: Машиностроение, 1973. 96 с.Voronin G. M., Dubrovsky E. V. Effektivnye teploobmenniki [Effective heat exchangers]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1973. 96 p. (In Russ.).Уонг Ч. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров: справочник. М.: Атомиздат, 1979. 216 с.Wong C. Osnovnye formuly i dannye po teploobmenu dlya inzhenerov [Basic formulas and data on heat transfer for engineers]. Moscow, Atomizdat Publ., 1979. 216 p. (In Russ.).Ленивеч Ф. Измерение температур в технике. М.: Металлургия, 1980. 118 с.Lenivech F. Izmerenie temperatur v tekhnike [Measuring temperatures in engineering]. Moscow, Metallurgy Publ., 1980. 118 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.